人教版高中物理選擇性必修第一冊第三章4波的干涉課件

4．波的干涉第三章

機(jī)械波整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

1．了解波的疊加原理，了解波的疊加過程中質(zhì)點的合位移。2．從振動的角度認(rèn)識振動加強區(qū)域和減弱區(qū)域。3．通過實驗，認(rèn)識波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。4．知道干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，了解波發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件。[問題初探]

問題1．幾列波相遇時會發(fā)生什么現(xiàn)象？問題2．波的干涉需要什么條件？問題3．振動加強區(qū)是一直處在最大位移嗎？[自我感知]經(jīng)過你認(rèn)真的預(yù)習(xí)，結(jié)合你對本節(jié)課的理解和認(rèn)識，請畫出本節(jié)課的知識邏輯體系。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成1．波的獨立傳播：幾列波相遇后彼此穿過，仍然____各自的________，繼續(xù)傳播，即各自的波長、頻率等________。2．波的疊加：在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點____參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的______。知識點一波的疊加保持運動特征保持不變同時矢量和如圖所示，在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復(fù)雜而美麗的圖案。問題它們相遇后的傳播狀態(tài)怎樣？形狀是否改變？提示：相遇后相互穿過，保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，形狀不變。對波的疊加原理的理解(1)幾列波相遇前、后能夠保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，各自的波長、頻率等保持不變。(2)在它們相遇時重疊的區(qū)域里，介質(zhì)中的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。(3)疊加區(qū)域的質(zhì)點的振幅可能增大，也可能減小。由于總位移是各個位移的矢量和，則有：①兩列同相波的疊加，振動加強，振幅增大；②兩列反相波的疊加，振動減弱，振幅減小。如圖甲所示，兩列振動方向相同的波疊加，振動加強，振幅增大；如圖乙所示，兩列振動方向相反的波疊加，振動減弱，振幅減小?！镜淅?】

(橫波的疊加)(多選)如圖所示，兩列相向傳播的、振幅和波長都相同的橫波，它們在O點相遇，此后可能出現(xiàn)的狀態(tài)是(

)A

BC

D√√BD

[當(dāng)左列波的波峰和右列波的波谷相遇時，疊加后的圖像為B；當(dāng)兩列波的波峰相遇時，疊加后的圖像為D；而A和C是不可能出現(xiàn)的。故選BD。]【教用·備選例題】

(繩波的疊加)波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1m/s。

在t＝0時刻繩上的波形如圖(a)所示。則根據(jù)波的疊加原理，以下敘述正確的是(

)A．當(dāng)t＝2s時，波形如圖①所示；當(dāng)t＝4s時，波形如圖②所示B．當(dāng)t＝2s時，波形如圖①所示；當(dāng)t＝4s時，波形如圖③所示C．當(dāng)t＝2s時，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4s時，波形如圖①所示D．當(dāng)t＝2s時，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4s時，波形如圖③所示D

[當(dāng)t＝2s時，根據(jù)兩列波的傳播速度均為1m/s可知，它們相互重疊，由于振動方向相反，則振動減弱，波形如題圖②所示；當(dāng)t＝4s時，各自傳播了4m，由于互不干擾，所以波形如題圖③所示，故D正確。]√1．定義：____相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動總是____，某些區(qū)域的振動總是____，而且振動____的區(qū)域和振動____的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫作波的干涉，所形成的圖樣叫作________。2．穩(wěn)定干涉條件：兩列波的頻率必須____；兩個波源的相位差必須____。3．一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波____的現(xiàn)象。知識點二波的干涉頻率加強減弱加強減弱干涉圖樣相同恒定特有(選自滬科版教材·實驗探究：研究水波的干涉)實驗裝置如圖1所示。波源是固定在同一振動發(fā)生器上的兩個振動小球。當(dāng)振動器上下振動時，兩個振動小球便周期性地觸動水面，成為兩個振動頻率和振動步調(diào)相同的波源。這兩個波源產(chǎn)生的是兩列步調(diào)相同、頻率也相同的波。這兩列波在水面?zhèn)鞑r，水面各質(zhì)點的振動方向都沿上下方向。兩列波相遇后，在它們的重疊區(qū)域會形成奇妙而穩(wěn)定的圖樣(如圖2所示)。仔細(xì)觀察水面振動的圖樣，可以看出，存在著一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域。問題如果兩個波源的振動頻率不相同，會出現(xiàn)這樣穩(wěn)定的干涉圖樣嗎？提示：不會。1．關(guān)于加強點(區(qū))和減弱點(區(qū))(1)加強點：兩列波引起的振動加強，質(zhì)點的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，A＝A1＋A2。(2)減弱點：兩列波引起的振動相互削弱，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，A＝|A1－A2|，若兩列波振幅相同，則質(zhì)點振動的合振幅就等于零。2．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣如圖所示。(2)特征①加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。②加強區(qū)始終加強，減弱區(qū)始終減弱(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)。③加強區(qū)與減弱區(qū)互相間隔。

提示：雙曲線是指平面內(nèi)與兩個定點的距離之差的絕對值為定值的點的軌跡。

【典例2】

(波的疊加原理)干涉是波特有的現(xiàn)象，但是在日常生活中很難觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。在某次物理教學(xué)中老師先打開發(fā)波水槽的電動機(jī)電源，再調(diào)節(jié)兩小球擊水深度和頻率，得到頻率和初相位相同、振幅不同的兩列水波的穩(wěn)定干涉圖樣，如圖所示，其中S1、S2代表波源，實線代表水波波峰(OM連線除外)，虛線代表水波波谷，M、N、O、P是波線與波線的交點，下列說法正確的是(

)A．N點的位移總比M點的位移小B．OM連線上所有的點都是振動加強點C．M點到S1、S2的距離差等于水波半波長的奇數(shù)倍D．N點、P點是振動減弱點，所以N點、P點不振動，此處水面平靜√B

[波峰與波峰、波谷與波谷疊加振動加強，波峰與波谷疊加振動減弱，兩波源振幅不同，加強點、減弱點仍會振動，位移仍會隨著時間變化，所以減弱點的位移有可能大于加強點的位移，故A、D錯誤；題圖是穩(wěn)定的干涉圖樣，振動加強點始終加強，振動減弱點始終減弱，加強點連線上的點也是加強點，故B正確；M點是加強點，減弱點到兩波源的路程差才等于半波長的奇數(shù)倍，故C錯誤。]規(guī)律方法

(1)發(fā)生波的干涉時加強點的振動總是加強的，振幅增大，注意其位移不總是最大，而是仍然按正弦(或余弦)規(guī)律變化。

(2)發(fā)生波的干涉時減弱點的振動總是減弱的，振幅減小，注意其位移不總是最小，而是仍然按正弦(或余弦)規(guī)律變化。對于振幅相同的兩個波源，減弱點的振幅為零，不振動。

【典例3】

(振動加強點和減弱點的判斷)如圖(a)所示，在xy平面內(nèi)有兩個沿z方向做簡諧運動的點波源S1(0，4)和S2(0，－2)。兩波源的振動圖線分別如圖(b)和圖(c)所示。兩列波的波速均為1.00m/s。兩列波從波源傳播到點A(8，－2)的路程差為_______m，兩列波引起的點B(4，1)處質(zhì)點的振動相互_______(選填“加強”或“減弱”)，點C(0，0.5)處質(zhì)點的振動相互_______(選填“加強”或“減弱”)。2減弱加強

應(yīng)用遷移·隨堂評估自測1．(多選)關(guān)于兩列相干波，以下說法正確的是(

)A．振動加強的質(zhì)點，位移始終最大B．振動加強的質(zhì)點，兩列波引起的分位移總是方向相同C．加強點的振動，能量始終最大D．加強點和減弱點的位置在傳播中是隨時相互交換的√243題號1BC

[加強點的振動總是加強，它們在平衡位置附近做往復(fù)運動，有時位移也為零，只是振幅為兩列波的振幅之和，能量始終最大；加強點總是加強點，減弱點總是減弱點，故B、C正確。]√2．(多選)兩列振動方向相同、振幅分別為A1和A2的相干簡諧橫波相遇。下列說法正確的是(

)A．波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅為|A1－A2|B．波峰與波峰相遇處質(zhì)點離開平衡位置的位移始終為A1＋A2C．波峰與波谷相遇處質(zhì)點的位移總是小于波峰與波峰相遇處質(zhì)點的位移D．波峰與波峰相遇處質(zhì)點的振幅一定大于波峰與波谷相遇處質(zhì)點的振幅23題號14√√AD

[空間某一質(zhì)點的位移等于兩列波同時在該點引起位移的矢量和，若某一點是加強點，說明兩列波在該點振動方向始終一致，但該質(zhì)點的位移不是始終不變的，選項B錯誤；波峰和波谷相遇處的點是減弱點，兩列波在該點振動方向始終相反，但其合位移不一定總小于加強點的位移，選項C錯誤；波峰與波峰相遇處的質(zhì)點的振幅為A1＋A2，波峰與波谷相遇處的質(zhì)點的振幅為|A1－A2|，選項A、D正確。]23題號143．(多選)(2022·浙江1月選考)兩列振幅相等、波長均為λ、周期均為T的簡諧橫波沿同一繩子相向傳播，若兩列波均由一次全振動產(chǎn)生，t＝0時刻的波形如圖(a)所示，此時兩列波相距λ，則(

)23題號41√

√

23題號414．(多選)如圖所示，在均勻介質(zhì)中，A、B是振動情況完全相同的兩個波源，其簡諧運動表達(dá)式均為x＝0.1sin(20πt)m，形成的機(jī)械波的波速都是10m/s。介質(zhì)中P點與A、B兩波源間的距離分別為4m和5m。則(

)243題號1√A．波的周期為0.1sB．波的波長為2mC．P點一定是振動加強點D．P點可能是振動減