波的衍射和干涉分析.pptx
生活现象生活现象生活现象生活现象海面上有大小不一的礁石，水波在传递过程海面上有大小不一的礁石，水波在传递过程中遇上它们时会绕过它们继续传播中遇上它们时会绕过它们继续传播第1页/共26页 在水塘里，水波在传递过程中遇到芦苇时，在水塘里，水波在传递过程中遇到芦苇时，会绕过它们继续传播会绕过它们继续传播.第2页/共26页定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。一、波的衍射一、波的衍射一、波的衍射一、波的衍射(diffractiondiffraction)思考：在什么条件下才能思考：在什么条件下才能思考：在什么条件下才能思考：在什么条件下才能 发生发生发生发生明显明显明显明显的衍射呢？的衍射呢？的衍射呢？的衍射呢？第3页/共26页发生发生明显衍射明显衍射的条件：的条件：甲：甲：近似近似沿直线传播。沿直线传播。乙：波进入阴影区。乙：波进入阴影区。保持水波的波长不变，改变狭缝宽度保持水波的波长不变，改变狭缝宽度第4页/共26页第5页/共26页1 1、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸、只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波跟波长相差不多，或者比波长更小长相差不多，或者比波长更小时，才能观察时，才能观察到到明显明显的衍射的衍射现象。现象。2 2、衍射的实质：振动的形式和能量传到、衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。障碍物后方的阴影区域中。发生发生明显明显衍射衍射现象的条件现象的条件思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好吗？思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好吗？思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好吗？思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好吗？当孔尺寸过小时，由于衍射到后方的能当孔尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。量较弱，故衍射现象仍不明显。第6页/共26页2 2 2 2、具体实例：、具体实例：、具体实例：、具体实例：1 1）声波的衍射）声波的衍射 隔墙有耳隔墙有耳2 2）电磁波的衍射）电磁波的衍射 收看电视收看电视波的衍射实例波的衍射实例1 1 1 1、衍衍衍衍射射射射是是是是波波波波特特特特有有有有的的的的现现现现象象象象，一一一一切切切切波波波波都都都都能能能能发发发发生生生生衍衍衍衍射射射射。但但但但要要要要发发发发生生生生明明明明显显显显的的的的衍衍衍衍射射射射现现现现象象象象需需需需要要要要满满满满足足足足一一一一定定定定的的的的条条条条件件件件，当当当当不不不不满满满满足足足足时时时时，衍衍衍衍射射射射现现现现象象象象虽虽虽虽然然然然存存存存在在在在，但但但但由由由由于于于于是是是是不不不不明明明明显显显显的的的的衍衍衍衍射射射射现现现现象象象象，不易被我们观察到。不易被我们观察到。不易被我们观察到。不易被我们观察到。第7页/共26页思考：思考：1.为什么用超声波定位？为什么用超声波定位？2.光波为什么沿直线传播？光波为什么沿直线传播？3.波长长的波易衍射还是短的波长长的波易衍射还是短的波易衍射？波易衍射？第8页/共26页 池塘中两水波相遇时，它们会不会改变各池塘中两水波相遇时，它们会不会改变各自的运动特征呢？自的运动特征呢？生活现象生活现象生活现象生活现象第9页/共26页二、波的叠加原理二、波的叠加原理两列波相遇之后，两列波相遇之后，仍然保持它们各自原有的特征（频仍然保持它们各自原有的特征（频率率率率、波长、振幅、振动方向等）、波长、振幅、振动方向等）继续传播，好象没有跟另一列波相遇一样继续传播，好象没有跟另一列波相遇一样.第10页/共26页第11页/共26页几列相遇时能过保持各自的运动特征，继续传播，在几列相遇时能过保持各自的运动特征，继续传播，在几列相遇时能过保持各自的运动特征，继续传播，在几列相遇时能过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它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时起的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时起的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时起的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的引起的位移的引起的位移的引起的位移的矢量和。矢量和。矢量和。矢量和。波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点波相遇时位移的特点第12页/共26页三、波的干涉：三、波的干涉：第13页/共26页 实验结果实验结果实验结果实验结果：两列波相遇后，在振动着的水面上，出：两列波相遇后，在振动着的水面上，出：两列波相遇后，在振动着的水面上，出：两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。置是固定的，而且相互隔开。置是固定的，而且相互隔开。置是固定的，而且相互隔开。第14页/共26页1 1 1 1、定义：、定义：、定义：、定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。2 2 2 2、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉(interferenceinterference)第15页/共26页 特征特征特征特征振动加强的区振动加强的区振动加强的区振动加强的区域总是加强，振动减弱的域总是加强，振动减弱的域总是加强，振动减弱的域总是加强，振动减弱的区域总是减弱。区域总是减弱。区域总是减弱。区域总是减弱。把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振振振振动加强区动加强区动加强区动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连；相应的振动最不激烈或静止的质点连；相应的振动最不激烈或静止的质点连；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，就是起来，就是起来，就是起来，就是振动减弱区振动减弱区振动减弱区振动减弱区，且振动加强区和振动减，且振动加强区和振动减，且振动加强区和振动减，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。弱区是相互间隔着出现的。弱区是相互间隔着出现的。弱区是相互间隔着出现的。波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉(interferenceinterference)第16页/共26页 为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？域呢？域呢？域呢？如果在某一时刻，如果在某一时刻，在水面上的某一点是在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相就变成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇谷和波谷相遇时，质点的位移都是最大，等于这两列波的振幅时，质点的位移都是最大，等于这两列波的振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强之和，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。点，质点的振动最激烈。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论第17页/共26页 为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢？区域呢？区域呢？区域呢？如果在某一时刻，如果在某一时刻，在水面上的某一点是在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相就变成波谷和波峰相遇，在这一点遇，在这一点思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。平静。第18页/共26页形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件形成稳定干涉图样的条件 两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样，而要产生稳定的干涉现象，形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件，产生稳定明显稳定明显稳定明显稳定明显的干涉图样的条的干涉图样的条的干涉图样的条的干涉图样的条件是件是件是件是两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多。注意注意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，：波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是波的特有现象。波的特有现象。第19页/共26页 振动加强的区域始终加强是不是指振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？的质点的振动位移总是为最小值？结论结论：振动加强（或减弱）的区域是：振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是时刻在变化的。它们的位移是时刻在变化的。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论第20页/共26页1 1 1 1、若、若、若、若P P P P点为振动加强点：点为振动加强点：点为振动加强点：点为振动加强点：假设两列波振动步调一致时，即同相时，在叠假设两列波振动步调一致时，即同相时，在叠假设两列波振动步调一致时，即同相时，在叠假设两列波振动步调一致时，即同相时，在叠加区域有一个加区域有一个加区域有一个加区域有一个P P P P点，它到两列波源的距离分别为点，它到两列波源的距离分别为点，它到两列波源的距离分别为点，它到两列波源的距离分别为S S S S1 1 1 1、S S S S2 2 2 2，两列波的波长为，两列波的波长为，两列波的波长为，两列波的波长为，则有，则有，则有，则有（n=0,1,2,）则有则有则有则有P P P P点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的的整数倍或半个波长的偶数倍偶数倍偶数倍偶数倍。2 2 2 2、若、若、若、若P P P P点为振动减弱点：点为振动减弱点：点为振动减弱点：点为振动减弱点：则有则有则有则有P P P P点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个点到两列波的波源的距离差等于半个波长的波长的波长的波长的奇数倍奇数倍奇数倍奇数倍。（n=0,1,2,）波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉第21页/共26页ABD1 1、下列关于波的衍射说法正确的是（、下列关于波的衍射说法正确的是（）A A、衍射是一切波特有的现象、衍射是一切波特有的现象B B、对同一列波，缝、孔或障碍物越小，、对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显衍射现象越明显C C、只有横波才能发生衍射现象，纵波不、只有横波才能发生衍射现象，纵波不 能发生衍射现象能发生衍射现象D D、声波容易发生衍射现象，由于声波波、声波容易发生衍射现象，由于声波波 长较大长较大课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第22页/共26页3 3、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是（确的是（）A A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强大的一列波将加强B B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同全相同C C、在相遇区域，任一点的总位移等于两列、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和波分别引起的位移的矢量和D D、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰这说明声波在相遇时互不干扰BCDBCD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第23页/共26页 4 4 4 4、如图所示，、如图所示，、如图所示，、如图所示，S S S S1 1 1 1、S S S S2 2 2 2是两个相干波源，它们振动是两个相干波源，它们振动是两个相干波源，它们振动是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a a a a、b b b b、c c c c、d d d d四点，下列说法中正确的有（四点，下列说法中正确的有（四点，下列说法中正确的有（四点，下列说法中正确的有（）A A A A、该时刻、该时刻、该时刻、该时刻a a a a质点振动最弱，质点振动最弱，质点振动最弱，质点振动最弱，b b b b、c c c c质点振动最强，质点振动最强，质点振动最强，质点振动最强，d d d d质点质点质点质点 振动既不是最强也不是最弱振动既不是最强也不是最弱振动既不是最强也不是最弱振动既不是最强也不是最弱 B B B B、该时刻、该时刻、该时刻、该时刻a a a a质点振动最弱，质点振动最弱，质点振动最弱，质点振动最弱，b b b b、c c c c、d d d d质点振动都最强质点振动都最强质点振动都最强质点振动都最强C C C C、a a a a质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最弱的，质点的振动始终是最弱的，b b b b、c c c c、d d d d质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的D D D D、再过、再过、再过、再过T/4T/4T/4T/4后的时刻后的时刻后的时刻后的时刻a a a a、b b b b、c c c c三个质点都将处于各三个质点都将处于各三个质点都将处于各三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱自的平衡位置，因此振动最弱自的平衡位置，因此振动最弱自的平衡位置，因此振动最弱 BCBC课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第24页/共26页5 5 5 5、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为均为均为均为5cm5cm5cm5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为分别为分别为分别为1m/s1m/s1m/s1m/s和和和和0.5m0.5m0.5m0.5m，C C C C点是点是点是点是BEBEBEBE连线的中点，下列说连线的中点，下列说连线的中点，下列说连线的中点，下列说法中正确的是法中正确的是法中正确的是法中正确的是 （）A A A AC C C C、E E E E两点都保持静止不动两点都保持静止不动两点都保持静止不动两点都保持静止不动B B B B图示时刻图示时刻图示时刻图示时刻A A A A、B B B B两点的竖两点的竖两点的竖两点的竖 直高度差为直高度差为直高度差为直高度差为20cm20cm20cm20cmC C C C图示时刻图示时刻图示时刻图示时刻C C C C点正处于平衡点正处于平衡点正处于平衡点正处于平衡 位置且向水面上运动位置且向水面上运动位置且向水面上运动位置且向水面上运动D D D D从图示的时刻起经从图示的时刻起经从图示的时刻起经从图示的时刻起经0.25s0.25s0.25s0.25s，B B B B点通过的路程为点通过的路程为点通过的路程为点通过的路程为20cm20cm20cm20cmBCDBCD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页
