《波的衍射和干涉》導(dǎo)學(xué)案3.doc

波的衍射和干涉導(dǎo)學(xué)案【自主預(yù)習(xí)】波可以障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射衍射是波的現(xiàn)象都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯而己波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似只有當(dāng)縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)，或者時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的，繼續(xù)傳播，即各自的波長(zhǎng)、頻率等幾列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的，這就是波的疊加頻率相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的、某些區(qū)域的，這種現(xiàn)象叫做波的干涉產(chǎn)生干涉的兩個(gè)必要條件：兩列波的頻率必須，兩個(gè)波源的相位差必須一切波都能發(fā)生干涉，干涉也是波所的現(xiàn)象關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()某些波在一定條件下才有衍射現(xiàn)象某些波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象一切波在一定條件下才有衍射現(xiàn)象一切波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是()在空曠的山谷里喊叫，可以聽到回聲“空山不見人，但聞人語(yǔ)響”“余音繞梁，三日而不絕”夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕關(guān)于波的疊加和干涉，下列說(shuō)法中正確的是()兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆]有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn)兩列頻率相同的波相遇時(shí)，介質(zhì)中振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的位移可能是零兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)的位移大【自主預(yù)習(xí)】答案：繞過(guò)特有 一切波相差不多比波長(zhǎng)更小運(yùn)動(dòng)特征保持不變矢量和振幅加大振幅減小相同保持不變特有衍射現(xiàn)象是波在傳播過(guò)程中所特有的特征，沒有條件，故一切波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯，故正確兩列波相遇時(shí)一定疊加，沒有條件，錯(cuò)；振動(dòng)加強(qiáng)是指振幅增大，而不只是波峰與波峰相遇，錯(cuò)；加強(qiáng)點(diǎn)的振幅增大，仍然在自己的平衡位置兩側(cè)振動(dòng)，故某時(shí)刻位移可以是振幅范圍內(nèi)的任何值，正確，錯(cuò)誤【典型例題】 知識(shí)點(diǎn)一對(duì)波的衍射的理解【例】()既然衍射是波的特有現(xiàn)象，也就是說(shuō)一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，為什么一般情況下我們都觀察不到衍射現(xiàn)象？()一般情況下，什么樣的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象？()孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長(zhǎng)的關(guān)系是決定衍射能否發(fā)生的條件嗎？【解析】()一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，但很多情況下因波長(zhǎng)與障礙物或孔、縫的寬度相比較小，衍射現(xiàn)象極不明顯，所以看不清或看不到衍射現(xiàn)象()波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象()不是波發(fā)生衍射現(xiàn)象沒有條件，孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長(zhǎng)的關(guān)系只是決定波能否發(fā)生明顯衍射的條件點(diǎn)評(píng)波在任何情況下都有衍射現(xiàn)象，有明顯和不明顯的區(qū)別孔、縫的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小，是發(fā)生明顯衍射的條件【例】下列關(guān)于波的衍射的說(shuō)法正確的是()衍射是機(jī)械波特有的現(xiàn)象對(duì)同一列波，縫、孔或障礙物越小衍射現(xiàn)象越明顯只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象聲波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象是由于聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)【解析】衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項(xiàng)、錯(cuò)；發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)是正確的；聲波的波長(zhǎng)在 到 之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，由于聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以聲波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)也是正確的點(diǎn)評(píng)知道衍射是一切波特有的現(xiàn)象，及發(fā)生明顯衍射的條件知識(shí)點(diǎn)二波產(chǎn)生干涉的條件【例】關(guān)于波的干涉，下列說(shuō)法正確的是()只有橫波才能發(fā)生干涉，縱波不能發(fā)生干涉只要是兩列以上的波，在相遇的區(qū)域內(nèi)都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉不管是橫波還是縱波，只要疊加的兩列波的頻率相等，振動(dòng)情況相同，就能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象干涉是機(jī)械波特有的現(xiàn)象【解析】干涉是波的特有現(xiàn)象，只要波的頻率相同，兩個(gè)波源的相位差保持不變，就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象點(diǎn)評(píng)產(chǎn)生干涉的兩個(gè)條件：頻率相等；波源的相位差保持不變【例】?jī)闪胁ㄏ喁B加得到了干涉圖樣，則以下說(shuō)法正確的是()兩列波的頻率一定相同兩波源振動(dòng)一定同步振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)交替變化振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)互相間隔【解析】干涉產(chǎn)生的必要條件是波的頻率相等、波源的相位差恒定，兩波源的振動(dòng)不一定同步，故正確，錯(cuò)誤產(chǎn)生干涉現(xiàn)象時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)互相間隔且不會(huì)變化，故錯(cuò)誤，正確點(diǎn)評(píng)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)與振動(dòng)減弱區(qū)互相間隔，且加強(qiáng)區(qū)總是加強(qiáng)，減弱區(qū)總是減弱，不會(huì)發(fā)生變化一、發(fā)生明顯衍射條件的應(yīng)用技巧【例】如圖所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置和是兩塊擋板，是一個(gè)孔，是波源圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則關(guān)于波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是()圖此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象擋板前后波紋間距離相等如果將孔擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象【解析】本題主要考查發(fā)生明顯衍射的條件觀察圖可知道孔的尺寸與波長(zhǎng)差不多，能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)對(duì)；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長(zhǎng)不變，即擋板前后波紋間距應(yīng)相等，故選項(xiàng)對(duì)；若增大，由，知變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故選項(xiàng)錯(cuò)；若將孔擴(kuò)大，且孔的尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，則可能觀察不到衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)對(duì)方法總結(jié)本題考查的是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)要求對(duì)波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，以及波長(zhǎng)、頻率、波速之間的關(guān)系有正確的認(rèn)識(shí)因此對(duì)重要的演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，都必須有深入的理解在觀察水波衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子使振動(dòng)頻率增大，觀察到的衍射現(xiàn)象有什么變化？(提示：，增大，減小，則衍射現(xiàn)象變得不明顯)【例】已知空氣中的聲速為 ，現(xiàn)有幾種聲波：()周期為 ；()頻率為 ；()波長(zhǎng)為 ，它們傳播時(shí)若遇到寬度均為 的障礙物，能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的是()()和() ()和()()和() 都可以【解析】() ，由得，則 ，() ，() ，而障礙物寬度 ，比三種波的波長(zhǎng)都小，所以正確方法總結(jié)判斷能否發(fā)生明顯衍射的方法是比較波長(zhǎng)與障礙物的尺寸的大小關(guān)系二、對(duì)干涉圖樣的理解技巧【例】圖表示兩個(gè)相干波源、產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說(shuō)法正確的是()圖、兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，、兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱、兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換經(jīng)半個(gè)周期后，原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰【解析】波的干涉示意圖所示的僅是某一時(shí)刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都在不停地振動(dòng)著，其位移的大小和方向都在不停地變化著但要注意，對(duì)穩(wěn)定的干涉，振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的點(diǎn)是波谷和波谷相遇的點(diǎn)，是波峰和波峰相遇的點(diǎn)，都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)；而、兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動(dòng)減弱的點(diǎn)，正確位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)，位于減弱點(diǎn)的連線上，仍為減弱點(diǎn)，錯(cuò)誤相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會(huì)隨時(shí)間變化，錯(cuò)誤因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不停地做周期性振動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，正確【例】當(dāng)兩列同頻率的水波發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)，若兩列波的波峰在點(diǎn)相遇，則()質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的頻率最大質(zhì)點(diǎn)的位移始終最大質(zhì)點(diǎn)的位移有時(shí)可能為零 【解析】由于兩列波的波峰在點(diǎn)相遇，點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，且振動(dòng)始終加強(qiáng)，正確；兩列波發(fā)生干涉，它們的周期和頻率不會(huì)發(fā)生改變，各個(gè)點(diǎn)頻率仍然是相同的，錯(cuò)誤；振動(dòng)加強(qiáng)并不意味著其位移始終是最大，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅最大，但位移總在變化，有時(shí)可能為零，錯(cuò)誤，正確故選項(xiàng)正確方法總結(jié)兩個(gè)頻率相同的同種波源形成的干涉圖樣，以兩波源為中心向外輻射延伸，形成振動(dòng)加強(qiáng)線和減弱線，即加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)加強(qiáng)區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅增大，減弱區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅減小(若兩列波的振幅相等則減弱區(qū)振幅為)，不論加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)(振幅為除外)中的質(zhì)點(diǎn)，都仍在其平衡位置附近振動(dòng)，它們的振動(dòng)位移仍隨時(shí)間發(fā)生周期性變化因此某一時(shí)刻，加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移可能小于減弱區(qū)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移三、波的疊加【例】如圖所示，波源 在繩的左端發(fā)出頻率為，振幅為的半個(gè)波形，同時(shí)另一個(gè)波源在繩的右端發(fā)出頻率為，振幅為的半個(gè)波形，且，為兩個(gè)波源連線的中點(diǎn)。已知機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定。下列說(shuō)法正確的是()兩列波比較，波將先到達(dá)點(diǎn)兩列波在點(diǎn)疊加時(shí)，點(diǎn)的位移最大可達(dá)的波峰到達(dá)點(diǎn)時(shí)，的波峰還沒有到達(dá)兩列波相遇時(shí)，繩上位移可達(dá)的點(diǎn)只有一個(gè)，此點(diǎn)在點(diǎn)的左側(cè)【解析】因兩波波速相等，故兩列波能同時(shí)到達(dá)點(diǎn)，錯(cuò)誤；因，故當(dāng)兩列波同時(shí)到達(dá)點(diǎn)時(shí)，波的波峰離點(diǎn)距離比波的波峰大，因此兩波峰不能同時(shí)到達(dá)點(diǎn)，兩波峰應(yīng)相遇在點(diǎn)左側(cè)，此位置對(duì)應(yīng)的位移為，位移最大，綜上所述，錯(cuò)誤，、均正確?！纠咳鐖D所示，兩列相同的波沿一直線相向傳播，當(dāng)它們相遇時(shí)，如圖所示的波形中可能的是()【解析】【答案】、當(dāng)兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，根據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)此刻的振動(dòng)合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以選項(xiàng)正確；當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移加倍，所以選項(xiàng)也是正確的?！菊n后練習(xí)】關(guān)于波的干涉，以下說(shuō)法正確的是()振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)，位移始終最大振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)，兩列波引起的分位移，總是方向相同的加強(qiáng)點(diǎn)的振動(dòng)，能量始終最大加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置在傳播中是隨時(shí)相互交換的由兩列波疊加，出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣，可以確定()振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域各質(zhì)點(diǎn)都在波峰上振動(dòng)減弱的區(qū)域各質(zhì)點(diǎn)的位移時(shí)刻為零振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域隨波推進(jìn)振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域位置不變當(dāng)兩列振動(dòng)情況完全相同的水波發(fā)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是()質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的振幅最大質(zhì)點(diǎn)的位移始終最大質(zhì)點(diǎn)的位移有時(shí)為零 關(guān)于波的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是 ( ) 某些波在一定條件下才有穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象某些波在任何情況下都有穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象一切波在一定條件下都有穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象一切波在任何情況下都有穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象兩列波相遇，發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是 ( )加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)互相間隔，減弱區(qū)的振幅一定為零加強(qiáng)區(qū)的振幅是兩列波分別引起的振動(dòng)的振幅之和加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的質(zhì)點(diǎn)的位移都隨時(shí)間而變化加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)互相交替變化當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，若兩列波的波峰在點(diǎn)相遇，則 ( ) 的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的 的振幅最大的位移始終最大 的位移有時(shí)為零如圖所示，、是兩個(gè)相干波源，它們振動(dòng)同步且振幅相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于、四點(diǎn)，說(shuō)法中正確的是 ( )該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱，、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)既不是最強(qiáng)也不是最弱該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最弱，、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)都最強(qiáng)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是最弱的， 、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是最強(qiáng)的再過(guò)后的時(shí)刻、三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置，因此振動(dòng)最弱下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說(shuō)法中正確的是()相遇之后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強(qiáng)相遇之后，兩列波的振動(dòng)情況與相遇前完全相同在相遇區(qū)域，任一點(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話，相互間聽得清楚，這說(shuō)明聲波在相遇時(shí)互不干擾兩列波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生了干涉現(xiàn)象，則()振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱區(qū)域介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移大振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅總比振動(dòng)減弱區(qū)域介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅大振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間做周期性變化振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅隨時(shí)間做周期性變化如圖所示，實(shí)線和虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷此刻，是波峰與波峰相遇點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是()該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)正處在平衡位置、兩質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置隨著時(shí)間的推移，質(zhì)點(diǎn)向點(diǎn)處移動(dòng)從該時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)平衡位置參考答案【課后練習(xí)】. 解析：加強(qiáng)點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)，但并不是始終處于波峰和波谷，它們?cè)谄胶馕恢酶浇鐾鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)位移也為零，只是振幅為兩列波的振幅之和，顯得劇烈。加強(qiáng)點(diǎn)總是加強(qiáng)點(diǎn)， 減弱點(diǎn)總是減弱點(diǎn)，故、正確。答案：、. 解析：加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)都在各自平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，位移時(shí)刻在變化，當(dāng)兩列波振幅一樣時(shí)，減弱點(diǎn)位移才時(shí)刻為零；加強(qiáng)點(diǎn)總是加強(qiáng)點(diǎn)，減弱點(diǎn)總是減弱點(diǎn)，位置不變，故只有項(xiàng)正確。答案：. 解析：由于點(diǎn)是兩列波的波峰相遇點(diǎn)，故質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，其振幅等于兩列波的振幅之和。但質(zhì)點(diǎn)并不停在波峰或波谷不動(dòng)。它不斷地圍繞自己的平衡位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故其位移有時(shí)為零。答案：、 。 。 。 （自編）. 兩列波相遇時(shí)，每一列波引起的振動(dòng)情況都保持不變，而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)則是兩列波共同作用的結(jié)果，故選項(xiàng)錯(cuò)誤，選項(xiàng)、正確；幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話，聲音振動(dòng)發(fā)出的聲波在