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第十二章机械波第4节波的衍射和干涉第十二章机械波1.理解什么是波的衍射现象,知道波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理,知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道波的干涉图样的特点,理解形成稳定干涉图样的条件,掌握振动加强点、减弱点的振动情况.4.知道衍射现象和干涉现象是波特有的现象.一、波的衍射1.定义:波可以____________继续传播的现象.2.发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________,或者比波长______时,才能观察到明显的衍射现象.3.波的衍射的普遍性:一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象.绕过障碍物相差不多更小二、波的叠加波的叠加原理:几列波相遇时能够保持各自的__________,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的________.三、波的干涉1.定义:______相同的两列波叠加时,某些区域的振幅______、某些区域的振幅______的现象.运动特征矢量和频率加大减小2.干涉图样:波的干涉中所形成的图样.3.干涉条件:频率______、相位差______是两列波产生干涉的必要条件.4.干涉的普遍性:一切波都能够发生干涉,干涉是波______的现象.相同恒定特有判一判(1)“闻其声而不见其人”,是指声波的衍射现象.()(2)缝或孔的宽度较大时,不能发生衍射现象.()(3)一切波都能发生衍射现象.()(4)两列波相遇后各自的振动特点会受到影响.()(5)在两列波重叠的区域里,任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍.()(6)两列波叠加时,质点的位移一定增大.()√×√×××想一想如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来.结果他听到的声音会忽强忽弱,这属于什么物理现象?提示:波的干涉现象.对衍射现象的理解1.关于衍射的条件:应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条件.2.波的衍射实质分析:波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.3.衍射现象与观察的矛盾:当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到.(多选)如图是观察水面波的衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长.则波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是()A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察到衍射现象[解析]根据发生明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.从题图中可看出孔AB的尺寸与波长相差不多,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,A正确;因为穿过挡板间的小孔后波速不变,频率相同,所以波长也相同,B正确;若将孔AB扩大,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,C正确;若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,也有可能观察不到明显的衍射现象,D错误.[答案]ABC如图所示,在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN,在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O,某人从A点走到墙后的B点,在此过程中,如从衍射的角度来考虑,则会听到()A.声音变响,男声比女声更响B.声音变响,女声比男声更响C.声音变弱,男声比女声更弱D.声音变弱,女声比男声更弱解析:选D.由题意可知,某人从图中A点走到墙后的B点,能听到声音,是由于波的衍射现象,但强度变弱;由于男声的频率低于女声,在同一介质中,传播速度相同,则其波长长于女声的波长,更容易发生衍射,故D正确,A、B、C错误.波的独立传播和叠加1.波的独立传播特性两列波相遇后,每列波仍像相遇前一样,保持各自的传播特征,继续向前传播.例如音乐会上男女合唱,听众仍能区分开男女不同的声音,在众多的说话声中人们也能分辨出不同人的说话声,说明了声波在相互交错、叠加之后仍能保持原来的性质向前传播,这正是波的独立传播特性的具体体现.2.波的叠加(1)叠加原理:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.这就是波的叠加原理.(2)波叠加时的特点:①位移是几列波分别产生的位移矢量和;②各列波独立传播.(多选)如图波源S1在绳的左端发出频率为f1,振幅为A1的半个波形a,同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b,(f1<f2),P为两个波源连线的中点,下列说法正确的是()A.两列波将同时到达P点B.a的波峰到达S2时,b的波峰也恰好到达S1C.两列波在P点叠加时P点的位移最大可达A1+A2D.两列波相遇时,绳上位移可达A1+A2的点只有一个,此点在P点的左侧E.两波源起振方向相同[解析]两列波在同一介质中传播,波速相等,同时到达中点P,A正确;因波长不同,当a的波峰到达S2时,b的波峰已越过S1,B错误;由于a的波长大于b的波长,两列波在P点叠加时两列波的波峰不可能同时到达P点,所以P点的位移最大不可能达A1+A2,C错误;两列波相遇时,两列波峰同时到达P点的左侧,叠加后位移达到最大值,所以两列波相遇时,绳上位移可达A1+A2的点只有一个,而且此点在P点的左侧,D正确;依据波的传播方向,可知,波源的振动方向均向下,即为相同,E正确.[答案]ADE(多选)在同一均匀介质中,有A、B两列孤立波相向传播,波速大小相同,振幅分别为A1、A2,某时刻的波形和位置如图所示,则下列说法正确的有()A.两列波在传播到x=6m处开始相遇B.两列波在传播到x=6.5m处开始相遇C.x=6m的质点在振动过程中振幅为A1+A2D.x=6.5m的质点在振动过程中振幅为A1+A2解析:选AD.因为两者速度相同,故两者走的路程相同,都传播了4m,所以在x=6m处相遇,x=6.5m的质点正好是波峰和波峰相遇叠加,在振动过程中振幅为A1+A2,A、D正确.对干涉现象的理解1.关于干涉的条件(1)波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加.但稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列同类的波,并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定.(2)如果两列波的频率不相等,在同一种介质中传播时其波长就不相等,这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点.因此我们就看不到稳定的干涉图样,只能是一般的振动叠加现象.2.关于加强点(区)和减弱点(区)(1)加强点:在某些点两列波引起的振动始终加强,质点的振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,A=A1+A2.(2)减弱点:在某些点两列波引起的振动始终相互削弱,质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,A=|A1-A2|,若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零,并不振动,水面保持平静.3.干涉图样及其特征(1)干涉图样:如图所示.(2)特征①加强区和减弱区的位置固定不变.②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化).③加强区与减弱区互相间隔.命题视角1波的干涉条件的判断已知空气中的声速为340m/s.现有几种声波:①周期为120s,②频率为104Hz,③波长为10m,它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物,能产生显著的衍射现象的是()A.①和②B.②和③C.①和③D.都可以[解析]由波速公式v=λf得:波长λ=vf=vT,则①、②、③三种声波的波长分别为λ1=340×120m=17m,λ2=340104m=0.034m,λ3=10m,根据发生明显衍射现象的条件可知,①③两声波的波长与障碍物的尺寸差不多,能产生明显的衍射现象,故C正确.[答案]C命题视角2振动加强点与减弱点的判断(2017·高考全国卷Ⅰ)如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,-2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为________m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”).[解析]点波源S1(0,4)的振动形式传播到点A(8,-2)的路程为L1=10m,点波源S2(0,-2)的振动形式传播到点A(8,-2)的路程为L2=8m,两列波从波源传播到点A(8,-2)的路程差为ΔL=L1-L2=2m.由于两列波的波源到点B(4,1)的路程相等,路程差为零,且t=0时两列波的波源的振动方向相反,所以两列波到达点B时振动方向相反,引起的点B处质点的振动相互减弱;由振动图线可知,波动周期为T=2s,波长λ=vT=2m.由于两列波的波源到点C(0,0.5)的路程分别为3.5m和2.5m,路程差为1m,而t=0时两列波的波源的振动方向相反,所以两列波到达点C时振动方向相同,引起的点C处质点的振动相互加强.[答案]2减弱加强振动加强点和减弱点的判断方法(1)条件判断法:频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时,加强、减弱条件如下:设点到两波源的距离差为Δr,则当Δr=kλ时为加强点,当Δr=(2k+1)λ2时为减弱点,其中k=0,1,2,….若两波源振动步调相反,则上述结论相反.(2)现象判断法:若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,该点为加强点;若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点.若某点是平衡位置和平衡位置相遇,则让两列波再传播14T,看该点是波峰和波峰(波谷和波谷)相遇,还是波峰和波谷相遇,从而判断该点是加强点还是减弱点.如图所示,在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源,A、B分别距O点6m和1m,两个声源同时不断向外发出波长都为2m的完全相同的声波,在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有多少个?解析:经数学归纳,若某点到两波源的路程差为波长的整数倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),则该点振动加强,若某点到两波源的路程差为半波长的奇数倍,即Δx=λ2(2n+1)(n=0,1,2,…),则该点振动减弱.直线PQ上的O点距两波源A、B的路程差最大,即AO-BO=(6-1)m=5m=52λ,故O点为减弱点.由O向-∞或由O向+∞,直线PQ上各点到两波源A、B的路程差逐渐减小,其中Δx=32λ的点有两个,Δx=12λ的点有两个,所以在直线PQ上从-∞到+∞的范围内听不到声音的区域共有5个.答案:5个
本文标题:2019-2020学年高中物理 第十二章 第4节 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4
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