XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波衍射和干涉講義含解析新人教選修

XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的衍射和干預(yù)講義含分析新人教版選修XX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的衍射和干預(yù)講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波第節(jié)波的衍射和干預(yù)講義含分析新人教版選修第4節(jié)波的衍射和干預(yù)1.波繞過阻攔物連續(xù)流傳的現(xiàn)象叫做波的衍射。2．發(fā)生顯然衍射的條件：縫孔的寬度或阻攔物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多，或許比波長(zhǎng)小。3．波的干預(yù)是指頻次同樣的兩列波疊加，使某些地區(qū)的振幅加大，某些地區(qū)的振幅減小。一、波的衍射1．定義：波繞過阻攔物連續(xù)流傳的現(xiàn)象。2．兩種衍射現(xiàn)象(1)在水波槽中，在波源的前面放一個(gè)阻攔物，使波源振動(dòng)產(chǎn)生水波。當(dāng)阻攔物較大時(shí)波被阻截，在湊近阻攔物后邊沒有波，但是在阻攔物較遠(yuǎn)處，波才略微有些繞到“影子”地區(qū)里，如圖甲所示，固然發(fā)生衍射現(xiàn)象，但不顯然。當(dāng)阻攔物較小時(shí)發(fā)現(xiàn)波能繞過阻攔物連續(xù)行進(jìn)，憂如阻攔物不存在同樣，如圖乙所示，衍射現(xiàn)象顯然。(2)在水波槽中，在波源前面放一個(gè)有孔的屏，使波源振動(dòng)產(chǎn)生水波。當(dāng)孔較大時(shí)發(fā)現(xiàn)水波經(jīng)過孔后在連結(jié)波源與孔的兩邊的兩條直線所限制的地區(qū)里流傳，如圖丙所示。當(dāng)孔較小時(shí)發(fā)現(xiàn)孔后的整個(gè)地區(qū)里流傳著以孔為中心的圓形波，如圖丁所示，衍射現(xiàn)象顯然。3．發(fā)生顯然衍射現(xiàn)象的條件只有當(dāng)縫、孔的寬度或阻攔物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或許比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能察看到顯然的衍射現(xiàn)象。二、波的疊加1．波的疊加原理幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，連續(xù)流傳，在它們重疊的地區(qū)里，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加這幾列波惹起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波獨(dú)自流傳時(shí)惹起的位移的矢量和。如圖表示了分別向右、向左流傳的兩列波1和2在相遇地區(qū)內(nèi)的疊加過程。2．波的疊加原理是波擁有獨(dú)立流傳性的必然結(jié)果，因?yàn)榭偽灰剖莾蓚€(gè)位移的矢量和，所以疊加地區(qū)的質(zhì)點(diǎn)的位移可能增大，也可能減小。兩列同相波的疊加，振動(dòng)增強(qiáng)，振幅增大。(如圖a所示)兩列反相波的疊加，振動(dòng)減弱，振幅減小。(如圖b所示)三、波的干預(yù)1．定義頻次同樣的兩列波疊加時(shí)，某些地區(qū)的振幅加大、某些地區(qū)的振幅減小的現(xiàn)象。2．堅(jiān)固干預(yù)條件(1)兩列波的頻次必然同樣。(2)兩個(gè)波源的相位差必然保持不變。3．干預(yù)的廣泛性全部波都能夠發(fā)生干預(yù)，干預(yù)是波獨(dú)有的現(xiàn)象。1．自主思慮——判一判(1)“隔墻有耳”指的是聲波的衍射現(xiàn)象。(√)(2)在操場(chǎng)上不同樣地點(diǎn)聽到學(xué)校喇叭的聲音大小不同樣，是聲波的干預(yù)現(xiàn)象。(×)(3)兩列頻次不同樣的水波不可以夠發(fā)生波的干預(yù)現(xiàn)象。(×)(4)不是全部的波都能發(fā)生干預(yù)。(×)(5)只有阻攔物尺寸和波長(zhǎng)差不多時(shí)，才能發(fā)生衍射現(xiàn)象。(×)2．合作研究——議一議(1)既然全部波都能夠發(fā)生衍射，那為何生活中見不到光波的衍射現(xiàn)象？提示：光波的波長(zhǎng)平常在0.4～0.7μm的范圍內(nèi)，跟一般阻攔物的尺寸比較特別小，所以平常的狀況下看不到光的衍射，看到的是光的直線流傳。(2)以以下圖，操場(chǎng)中兩根豎直桿上各有一個(gè)揚(yáng)聲器，接在同一擴(kuò)音機(jī)上，一位同學(xué)沿著AB方向走來(lái)。結(jié)果他聽到的聲音會(huì)忽強(qiáng)忽弱，這屬于什么物理現(xiàn)象？提示：波的干預(yù)現(xiàn)象。對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解1．對(duì)于衍射的條件應(yīng)當(dāng)說(shuō)衍射是沒有條件的，衍射是波獨(dú)有的現(xiàn)象，全部波都能夠發(fā)生衍射。衍射只有“顯然”與“不顯然”之分，阻攔物或小孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多，或比波長(zhǎng)小是產(chǎn)生顯然衍射的條件。2．波的衍射實(shí)質(zhì)分析波傳到小孔(阻攔物)時(shí)，小孔(阻攔物)憂如是一個(gè)新波源，由它發(fā)出的與本來(lái)同頻次的波在小孔(阻攔物)后流傳，就偏離了直線方向。波的直線流傳但是在衍射不顯然時(shí)的近似狀況。3．衍射現(xiàn)象與察看的矛盾當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)只管衍射十分突出，但因?yàn)檠苌洳ǖ哪芰亢苋?，衍射現(xiàn)象不簡(jiǎn)單察看到。1．[多項(xiàng)選擇]以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．孔的尺寸比波長(zhǎng)小才發(fā)生衍射現(xiàn)象C．只有孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或許比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能察看到顯然的衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象分析：選CD波繞過阻攔物的現(xiàn)象稱為波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生顯然衍射的條件是孔或阻攔物尺寸跟波長(zhǎng)差不多或許比波長(zhǎng)更小。孔徑大其實(shí)不是不發(fā)生衍射，但是更突出原波的流傳，波面只有邊沿有變化。換句話說(shuō)，波的衍射現(xiàn)象不顯然，所以A、B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確。衍射現(xiàn)象是波的獨(dú)有的現(xiàn)象，所以D項(xiàng)正確。2．[多項(xiàng)選擇]在做水波經(jīng)過小孔衍射的演示實(shí)驗(yàn)中，激發(fā)水波的振子振動(dòng)頻次為5Hz，水波在水槽中流傳速度為5cm/s，小孔直徑d采用以下哪些尺寸可使實(shí)查見效比較顯然()A．1mB．0.8mC．0.8cmD．1.2cm分析：選CD在水槽中，振子振動(dòng)所激發(fā)的水波波長(zhǎng)為λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(5,5)cm＝1cm，小孔尺寸與波長(zhǎng)相差不大時(shí)，易發(fā)生顯然衍射現(xiàn)象。所以C、D正確。3.以以下圖，正中O是水面上一波源，實(shí)、虛線分別表示該時(shí)辰的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經(jīng)過一段時(shí)間，水面上的波形將散布于()A．整個(gè)地區(qū)B．暗影Ⅰ之外處域C．暗影Ⅱ之外處域D．暗影Ⅰ地區(qū)分析：選B從圖中能夠看出擋板A比波長(zhǎng)大得多，所以波不會(huì)繞過擋板A，而小孔B的大小與波長(zhǎng)差不多，能發(fā)生顯然的衍射現(xiàn)象。故B正確。對(duì)干預(yù)現(xiàn)象的理解1．波的獨(dú)立流傳幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，連續(xù)流傳。即各自的波長(zhǎng)、頻次等保持不變。2．對(duì)于干預(yù)的條件(1)波的疊加是無(wú)條件的，任何頻次的兩列波在空間相遇都會(huì)疊加。但堅(jiān)固干預(yù)圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必然是兩列同類的波，而且波的頻次同樣、振動(dòng)方向在同向來(lái)線上、相位差恒定。(2)假如兩列波的頻次不相等，在同一種介質(zhì)中流傳時(shí)其波長(zhǎng)就不相等，這樣不可以夠形成堅(jiān)固的振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)和減弊端。所以我們就看不到堅(jiān)固的干預(yù)圖樣，只好是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象。3．對(duì)于增強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弊端(區(qū))(1)增強(qiáng)點(diǎn)：在某些點(diǎn)兩列波惹起的振動(dòng)向來(lái)增強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最強(qiáng)烈，振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和，A＝A1＋A2。(2)減弊端：在某些點(diǎn)兩列波惹起的振動(dòng)向來(lái)相互削弱，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若兩列波振幅同樣，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零，其實(shí)不振動(dòng)，水面保持安靜。4．干預(yù)圖樣及其特點(diǎn)(1)干預(yù)圖樣：以以下圖。(2)特點(diǎn)：①增強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的地點(diǎn)固定不變。②增強(qiáng)區(qū)向來(lái)增強(qiáng)，減弱區(qū)向來(lái)減弱(增強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)。③增強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔。[典例][多項(xiàng)選擇]以以下圖是兩個(gè)完滿同樣的波源在介質(zhì)中形成的波相疊加而發(fā)生干預(yù)的表示圖，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．A點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)，經(jīng)過半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)減弱B．B點(diǎn)為振動(dòng)減弊端，經(jīng)過半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)減弱C．C點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)，經(jīng)過半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)仍增強(qiáng)D．D點(diǎn)為振動(dòng)減弊端，經(jīng)過半個(gè)周期，這一點(diǎn)振動(dòng)增強(qiáng)E．若這兩列波碰到尺寸為該波波長(zhǎng)的阻攔物，這兩列波都能發(fā)生顯然衍射現(xiàn)象[分析]AC連線所在地區(qū)為振動(dòng)增強(qiáng)地區(qū)，經(jīng)過隨意時(shí)間，該地區(qū)振幅老是兩振幅之和，總為振動(dòng)增強(qiáng)地區(qū)，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；BD連線所在地區(qū)為振動(dòng)減弱地區(qū)，經(jīng)過隨意時(shí)間，該地區(qū)仍舊是減弱地區(qū)，選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；因?yàn)榘l(fā)生顯然衍射的條件是阻攔物的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多，選項(xiàng)E正確。[答案]BCE振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)與振動(dòng)減弊端的判斷方法(1)振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弊端的理解：不可以夠以為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)的位移向來(lái)最大，振動(dòng)減弊端的位移向來(lái)最小，而應(yīng)當(dāng)是振幅增大的點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)，其實(shí)這些點(diǎn)也在振動(dòng)著，位移可為零；振幅減小的點(diǎn)為振動(dòng)減弊端。(2)條件判斷法：振動(dòng)狀況完滿同樣的兩波源產(chǎn)生的波疊加時(shí)，增強(qiáng)、減弱條件以下：設(shè)點(diǎn)到兩波源的行程差為Δr，當(dāng)Δr＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)時(shí)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δr＝(2k＋1)·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)時(shí)為振動(dòng)減弊端。若兩波源振動(dòng)步伐相反，則上述結(jié)論相反。(3)現(xiàn)象判斷法：若某點(diǎn)老是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)；若老是波峰與波谷相遇，則為振動(dòng)減弊端。1．[多項(xiàng)選擇]以以下圖，P點(diǎn)為兩波之間線段的中點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．兩列波同時(shí)抵達(dá)P點(diǎn)B．兩列波相遇時(shí)，P點(diǎn)的波峰值可達(dá)到A1＋A2C．兩列波相遇再分開后，各自保持原波形流傳D．因頻次不同樣，這兩列波相遇時(shí)不可以夠疊加分析：選AC因兩列波速度相等，故同時(shí)抵達(dá)P點(diǎn)，選項(xiàng)A正確；但兩列波的波峰不可以能同時(shí)在P點(diǎn)相遇，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；兩列波相遇時(shí)，只管頻次不同樣，但還能夠相互疊加，兩列波分開后互不影響，各自保持本來(lái)的波形獨(dú)立流傳，應(yīng)選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。2．以以下圖是甲、乙兩列相互垂直流傳的波，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，箭頭表示波流傳的方向。則圖中P點(diǎn)(小網(wǎng)格中央的一點(diǎn))是()A．振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)B．振動(dòng)減弊端C．既不是增強(qiáng)點(diǎn)也不是減弊端D．條件不足沒法判斷分析：選B由圖像能夠看出，再經(jīng)過eq\f(T,4)，甲波的波峰和乙波的波谷同時(shí)抵達(dá)P點(diǎn)，故知P點(diǎn)為振動(dòng)減弊端，B正確。3．兩波源S1、S2在水槽中形成的波形以以下圖，此中實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則()A．在兩波相遇的地區(qū)中會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)固干預(yù)B．在兩波相遇的地區(qū)中不會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)固干預(yù)C．a(chǎn)點(diǎn)的振動(dòng)向來(lái)增強(qiáng)D．a(chǎn)點(diǎn)的振動(dòng)向來(lái)減弱分析：選B由圖可知，兩列波的波長(zhǎng)不相等，由v＝λf，知f不相等。不知足波產(chǎn)生堅(jiān)固干預(yù)的條件，故B正確。1．利用發(fā)波水槽獲得的水面波形如圖(a)、(b)所示，則()A．圖(a)、(b)均顯示了波的干預(yù)現(xiàn)象B．圖(a)、(b)均顯示了波的衍射現(xiàn)象C．圖(a)顯示了波的干預(yù)現(xiàn)象，圖(b)顯示了波的衍射現(xiàn)象D．圖(a)顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖(b)顯示了波的干預(yù)現(xiàn)象分析：選D由波的干預(yù)和衍射見解知，圖(a)是一列波的流傳，顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖(b)是兩列波的流傳，顯示了波的干預(yù)現(xiàn)象。2．[多項(xiàng)選擇]對(duì)于波的干預(yù)和衍射，以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．只有橫波才能產(chǎn)生干預(yù)，縱波不可以夠產(chǎn)生干預(yù)B．任何兩列波相遇，都能產(chǎn)生堅(jiān)固干預(yù)C．不論是橫波仍是縱波，只需疊加的兩列波的頻次相等，振動(dòng)狀況同樣，相位差恒定就能產(chǎn)生堅(jiān)固的干預(yù)D．波長(zhǎng)很小的波能夠產(chǎn)生衍射，不可以夠產(chǎn)生干預(yù)分析：選ABD干預(yù)是波的特有現(xiàn)象，只需知足兩列波的頻次相等，振動(dòng)狀況同樣，相位差恒定就能產(chǎn)生堅(jiān)固的干預(yù)，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，C正確。3．[多項(xiàng)選擇]以以下圖，S1、S2是振動(dòng)狀況完滿同樣的兩個(gè)機(jī)械波波源，a、b、c三點(diǎn)位于S1、S2連線的中垂線上，且ab＝bc。某時(shí)辰a是兩列波波峰的相遇點(diǎn)，c是兩列波波谷的相遇點(diǎn)，則()A．a(chǎn)處質(zhì)點(diǎn)向來(lái)處于波峰B．c處質(zhì)點(diǎn)向來(lái)處于波谷C．b處質(zhì)點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)D．c處質(zhì)點(diǎn)為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)分析：選CD因?yàn)閍是兩列波波峰的相遇點(diǎn)，c是兩列波波谷的相遇點(diǎn)，所以a點(diǎn)和c點(diǎn)均為振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)。但是，只需a、c點(diǎn)有振動(dòng)，位移就有變化，不可以夠說(shuō)a、c點(diǎn)向來(lái)在波峰或波谷，A、B錯(cuò)誤；S1、S2傳到b點(diǎn)的振動(dòng)同步，所以b點(diǎn)也是振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上在S1、S2連線的中垂線上的任何點(diǎn)都是振動(dòng)增強(qiáng)點(diǎn)，C、D正確。4．[多項(xiàng)選擇]以以下圖，S1、S2為兩個(gè)振動(dòng)狀況完滿同樣的波源，兩列波的波長(zhǎng)都為λ，它們?cè)诮橘|(zhì)中產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象，S1、S2在空間共形成6個(gè)振動(dòng)減弱的地區(qū)(圖中虛線處)，P是振動(dòng)減弱地區(qū)中的一點(diǎn)，從圖中可看出()A．P點(diǎn)到兩波源的距離差等于1.5λB．P點(diǎn)向來(lái)不振動(dòng)C．P點(diǎn)此時(shí)辰振動(dòng)最弱，過半個(gè)周期后，振動(dòng)變成最強(qiáng)D．當(dāng)一列波的波峰傳到P點(diǎn)時(shí)，另一列波的波谷也必然傳到P點(diǎn)分析：選ABD振動(dòng)減弊端到兩波源距離差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，依據(jù)P點(diǎn)所處虛線的地點(diǎn)可知，P點(diǎn)到S1、S2的距離之差為1.5λ，選項(xiàng)A正確；兩波源振動(dòng)狀況同樣，故P點(diǎn)振幅為零，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在P點(diǎn)合位移為零，故此中一列波的波峰流傳到P點(diǎn)時(shí)，另一列波的波谷必然流傳到P點(diǎn)，選項(xiàng)D正確。5.波源甲、乙分別在一根水平擱置的繩的左右兩頭，兩波源發(fā)出的波在繩中的流傳速度均是1m/s，在t＝0時(shí)辰繩上的波形如圖中(a)所示，則依據(jù)波的疊加原理，以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是()A．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖①所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖②所示B．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖①所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖③所示C．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖①所示D．當(dāng)t＝2s時(shí)，波形如圖②所示，當(dāng)t＝4s時(shí)，波形如圖③所示分析：選D由題知v＝1m/s，t＝2s時(shí)，兩列波正好重疊，疊加各質(zhì)點(diǎn)后位移為0，圖①錯(cuò)，圖②對(duì)；t＝4s時(shí)，兩列波已相互錯(cuò)開，互不影響，圖③正確。6．甲、乙兩人分乘兩只小船在湖中垂釣，兩船相距24m。有一列水波在湖面上流傳，使每只船每分鐘上下浮動(dòng)20次，當(dāng)甲船位于波峰時(shí)，乙船位于波谷，這時(shí)兩船之間還有5個(gè)波峰。(1)此水波的波長(zhǎng)為多少？波速為多少？(2)若此波在流傳過程中碰到一根豎直的電線桿，能否會(huì)發(fā)生顯然的衍射現(xiàn)象？(3)若該波經(jīng)過一跨度為30m的橋洞，橋墩直徑為3m，橋墩處能否看到顯然衍射？(4)若該橋?yàn)橐?m寬的涵洞，洞后能否發(fā)生顯然衍射？分析：(1)由題意知：周期T＝eq\f(60,20)s＝3s。設(shè)波長(zhǎng)為λ，則5λ＋eq\f(λ,2)＝24m，λ＝eq\f(48,11)m。由v＝eq\f(λ,T)得，v＝eq\f(48