高中物理人教版選修3-4章節(jié)課件：12.4波的衍射和干涉

1、第4節(jié)波的衍射和干涉毬沖時(shí)目標(biāo)一出、知識(shí)與技能1. 知道什么是波的衍射和干涉現(xiàn)象。2. 知道波發(fā)生明顯衍射的條件。3. 知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是 波的一種特殊的疊加現(xiàn)象。4. 知道波的干涉的條件及波的干涉圖樣的特點(diǎn)。知道衍射與干涉是波所特有的現(xiàn)象。二、過(guò)程與方法1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)的演示，觀(guān)察和發(fā)現(xiàn)波的衍射的現(xiàn)象, 理解發(fā)生衍射的條件。2明確波的疊加原理，通過(guò)觀(guān)察、分析干涉現(xiàn)象,rrJ了解干涉圖樣的特點(diǎn)。三、情感、態(tài)度和價(jià)值觀(guān)1.培養(yǎng)學(xué)生“觀(guān)察現(xiàn)象T歸納特征T得出結(jié)論”的實(shí)驗(yàn)方法。2. 培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。前預(yù)江上1波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的2.實(shí)驗(yàn)表明：只有縫

2、、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng),或者比波長(zhǎng)時(shí)，才能觀(guān)察到明顯的衍射現(xiàn)象。3. 一切波發(fā)生衍射。衍射是波的現(xiàn)象。4.事實(shí)表明，幾列波相遇時(shí)能夠保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn) 參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾 列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的。5.頻率兩列波疊加時(shí)，使某些區(qū)域的振幅、某些區(qū)域的振幅,這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣常常叫做6.產(chǎn)生干涉的必要條件是，兩列波的必須相同。跟一樣，干涉也是波所的現(xiàn)象。答案:1. 衍射2. 相差不多更小3-都能特有4. 各自的同時(shí)矢量和5. 相同的加大減小干涉圖樣6. 頻率衍射特有盒中識(shí)歸細(xì)知識(shí)點(diǎn)1波的衍射圖 124 1定義：波可

3、以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。如圖1241所示。注童：衍射是波特有的現(xiàn)象。_切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多,或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀(guān)察到明顯的衍射現(xiàn)象。例如: 聲波的波長(zhǎng)一般比院墻大，“隔墻有耳”就是聲波衍射的 例證。注意：一切波都能發(fā)生衍射，而要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn) 象須滿(mǎn)足上述條件，當(dāng)不滿(mǎn)足上述條件時(shí)，衍射現(xiàn)象仍存 在，只不過(guò)是衍射現(xiàn)象不明顯，不易被我們觀(guān)察到。波的 直線(xiàn)傳播就是衍射不明顯時(shí)的近似?！纠?】如圖12_4_2所示是觀(guān)察水面波衍圖 12 -4 一2射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫(huà)出波源

4、所在區(qū)域波的傳播情況, 每?jī)蓷l相鄰波紋（圖中曲線(xiàn)）之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則 波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是A. 此時(shí)能明顯觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象B. 擋板前后波紋間距離相等C. 如果孔AB擴(kuò)大，有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象D. 如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯的觀(guān)察到衍射現(xiàn)象【答案】A、B、C【解析】根據(jù)能有明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔 的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多。從圖中可看出孔的尺寸小 于一個(gè)波長(zhǎng)，所以此時(shí)能明顯地觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象，A 正確;因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以 波長(zhǎng)也相同，B正確；若將孔AB擴(kuò)大，將可能不滿(mǎn)足明顯 衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀(guān)察不到

5、明顯的衍射現(xiàn)象，C 正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長(zhǎng)變小, 將可能不滿(mǎn)足明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀(guān)察不到明 顯的衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤?！舅季S點(diǎn)悟】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(guān)察水波衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)頻率增大，觀(guān)察到的衍射現(xiàn)象有什么變化？（提示：2二 v/f,朋大，2減小，則衍射現(xiàn)象變得不明顯）對(duì)應(yīng)練習(xí)射實(shí)驗(yàn)俯視圖1.把M、N兩塊擋板中的空隙當(dāng)做一個(gè)“小孔”做水 波的衍射實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了如圖12-4-3所示的圖樣，位置P 處

6、的水沒(méi)有振動(dòng)起來(lái)，現(xiàn)要使掛板左邊的振動(dòng)傳到P處， 在不改變扌當(dāng)板M的左右位置和P點(diǎn)位置的情況下，可以采 用哪些辦法？解析：波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺 寸與波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小，所以要使尸點(diǎn)振動(dòng) 起來(lái)，有兩種方法：一是減小孔的尺寸；二是增大波的波 長(zhǎng)。N板向上移，可以減小孔的尺寸，由可知，水波 的波速一定，減小波源的頻率可以增大水波的波長(zhǎng)。答案：N板上移，或減小波源振動(dòng)的頻率知識(shí)點(diǎn)2波的疊加(1)原理：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，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)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引 起的位移的矢量和。(2)理解：位

7、移是兩列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和 當(dāng)兩個(gè)波源產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì) 中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都要同時(shí)參與兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，在任一時(shí)刻，第 一列波使某個(gè)質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是可，第二列波同 時(shí)使質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是勺，則質(zhì)點(diǎn)a的位移就是這 兩列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和。各列波獨(dú)立傳播幾列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點(diǎn)（或某一 區(qū)域）相遇時(shí)，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著 原來(lái)的方向向前傳播，彼此之間互不影響，好像沒(méi)有遇到 的另一列波一樣，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí) 參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng)，每一質(zhì)點(diǎn)仍然是在各自的平衡位置附近做振動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳 播時(shí)引起的

8、位移的矢量和。注意：疊加原理適用于一切波?！纠?】如圖124 4所示，兩列相同的波沿一直線(xiàn)相向傳播，當(dāng)它們相遇時(shí)，如圖所示的波形中可能的是A圖 1244D)【答案】B、C【解析】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)B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)C也 是正確的?！舅季S點(diǎn)悟】在兩列波疊加時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移是每列波 單獨(dú)

9、傳播時(shí)引起的位移的矢量和。本題考查對(duì)波的疊加原 理的理解。 八對(duì)應(yīng)練習(xí)2.如圖124一5所示，波源S在繩的左端發(fā)出頻率 為/；,振幅為A】的半個(gè)波形a,同時(shí)另一個(gè)波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為厶，振幅為A?的半個(gè)波形方，且/；S，尸為兩 個(gè)波源連線(xiàn)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（） 圖 12 -4 -5A.B.C.D.兩列波比較，a波將先到達(dá)P點(diǎn)兩列波在P點(diǎn)疊加時(shí)，尸點(diǎn)的位移最大可達(dá)知+生 的波峰到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，a的波峰還沒(méi)有到達(dá)P兩列波相遇時(shí)，繩上位移可達(dá)久+人2的點(diǎn)只有一 個(gè)，此點(diǎn)在尸點(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)P點(diǎn), A錯(cuò)誤；因

10、fi D【解析】衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項(xiàng)A對(duì)C 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(guān)察 到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)B是正確的；聲波的波長(zhǎng)在 1.7 cm到17 m之間，一般常見(jiàn)的障礙物或孔的大小可與之 相比，正是由于聲波波長(zhǎng)較大，聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象， 所以選項(xiàng)D也是正確的。2.對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解(1) 波的疊加是無(wú)條件的，任何頻率的兩列波在空間相都會(huì)疊加O(2) 穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的 頻率相同、相差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)疊加的結(jié)果都不相同，看不到穩(wěn)定干涉圖樣。

11、(3) 明顯的干涉圖樣和穩(wěn)定的干涉圖樣意義是不同的,明顯的干涉圖樣除了滿(mǎn)足相干條件外，還必須滿(mǎn)足兩列波 振幅差別不大。振幅越是接近，干涉圖樣越明顯。(4) 應(yīng)該明確波的干涉條件中所指“振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)到兩波源的距離等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍”這一結(jié)論是有條件的，條 件是：兩波源的振動(dòng)情況完全相同一即兩波源位置固定， 振動(dòng)方向平行，步調(diào)完全一致。(5) 振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)和振動(dòng)減弱的點(diǎn)始終在以振源的頻率振動(dòng)，其振幅不變(若是振動(dòng)減弱點(diǎn)，振幅可為0),但其位 移隨時(shí)間發(fā)生變化。3.怎樣理解波的干涉現(xiàn)象中的加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū) 在波的干涉現(xiàn)象中，加強(qiáng)區(qū)是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅A增大；減弱區(qū)域是指該區(qū)域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振幅A減小。設(shè)兩個(gè)

12、頻率和步調(diào)都相同的波源單獨(dú)引起的振幅分別為A】和A?, 則在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅為Aj+A2,在振動(dòng)減弱 區(qū)域中質(zhì)點(diǎn)的振幅為lAi-A，不論加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)中 的質(zhì)點(diǎn)，都仍然在其平衡位置附近做振動(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)域 中質(zhì)點(diǎn)的位移有可能小于減弱區(qū)域中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移，若 Ax=A2,則減弱區(qū)中質(zhì)點(diǎn)的振幅為零，不振動(dòng)?！纠?】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P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是()A. 質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B. 質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C. 質(zhì)點(diǎn)F的位移始終最大D. 質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零【答案】A、B、D【解析】由于

13、P點(diǎn)是兩列波的波峰相遇點(diǎn)，故質(zhì)點(diǎn)P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)P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。許多人可能都有這樣的體驗(yàn)，當(dāng)我們聽(tīng)自己說(shuō)話(huà)的錄音時(shí)，會(huì)感到與我們平時(shí)說(shuō)話(huà)時(shí)所聽(tīng)到的自己的聲音有很 大的不同，但聽(tīng)別人講話(huà)的錄音時(shí)就沒(méi)有這種感覺(jué)。這種 現(xiàn)象顯然不是錄音失真造成的，而是與波的衍射有關(guān)的一 種物理現(xiàn)象帶來(lái)的后果。在家里自制一個(gè)簡(jiǎn)單的波檢測(cè)器就可以觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象。聲音從人的聲帶傳到說(shuō)話(huà)人的耳朵所涉及的物理 過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較明顯的，其主要機(jī)理就是波的衍射， 或者叫波的“繞射”現(xiàn)象。當(dāng)波在傳播的路徑上遇到障礙, 或者遇到帶孔隙的隔板時(shí)，在特定的條件下就會(huì)發(fā)生衍射。 我們說(shuō)話(huà)時(shí)聲帶發(fā)出的聲音就是這樣經(jīng)口、面頰、耳廓傳 到耳朵，使聲音的直線(xiàn)傳播發(fā)生改變。當(dāng)我們的聲音從外 部聲源直接到達(dá)我們的耳朵時(shí)，比如從揚(yáng)聲器或由耳機(jī)直 接送入時(shí)，這種機(jī)理就完全不起什么作用了。聲音道出身體健康情況crJ心理學(xué)家認(rèn)為聲音可以傳達(dá)語(yǔ)言背后隱含的意思。如 果我們有一種手段能夠與通過(guò)電話(huà)詢(xún)求心理幫助的人進(jìn)行 交流，那我們就有辦法知道他們是否真有自殺的意圖。一個(gè)在慈善機(jī)構(gòu)或急救中心接聽(tīng)電話(huà)多年的人可以從 來(lái)電者的聲音中聽(tīng)出一系列細(xì)微的差別并判斷出他是否確 有自殺意圖。尤其能把那些有潛在自殺意圖者與只是患有 抑郁癥