高中物理波的衍射和干涉精选文档.ppt

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1、高中物理课件波的衍射和干涉本讲稿第一页，共三十五页本讲稿第二页，共三十五页本讲稿第三页，共三十五页1知道什么是波的衍射现象，知道波发知道什么是波的衍射现象，知道波发 生明显衍射现象的条件，知道衍射是生明显衍射现象的条件，知道衍射是 波特有的现象。波特有的现象。2知道波的叠加原理，知道什么是波的知道波的叠加原理，知道什么是波的 干涉现象和干涉图样，知道干涉现象干涉现象和干涉图样，知道干涉现象 也是波所特有的现象。也是波所特有的现象。3了解波的衍射和干涉在生活中的应用，了解波的衍射和干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系。感受物理与生活之间的联系。本讲稿第四页，共三十五页 1波的衍射波的衍射

2、 (1)定义：波可以绕过定义：波可以绕过 继续传播的现象。继续传播的现象。(2)实验及现象：实验及现象：实验：在水槽里放两块挡板，中间留一个实验：在水槽里放两块挡板，中间留一个 。现象：现象：障碍物障碍物狭缝狭缝本讲稿第五页，共三十五页 a狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿 传播一样，挡板后面产生传播一样，挡板后面产生“”。b狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波 挡板后面继续传播。挡板后面继续传播。(3)发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺发生明显衍射现象的条件：只有缝

3、、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长寸跟波长 ，或者比波长，或者比波长 时，才能观察到明显的衍射象。时，才能观察到明显的衍射象。关键一点关键一点波发生衍射是无条件的，而发生明显的衍射现象波发生衍射是无条件的，而发生明显的衍射现象是有条件的。是有条件的。直线直线阴影区阴影区绕到绕到相差不多相差不多更小更小本讲稿第六页，共三十五页 2波的叠加波的叠加 (1)波的独立传播：两列波相遇后彼此穿过，仍然保持各波的独立传播：两列波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的自的 ，继续传播。，继续传播。(2)波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动状态继波的叠加：几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播，在它们重叠的区域里

4、，介质的质点同时参与这几列续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的位移的 。运动特征运动特征矢量和矢量和本讲稿第七页，共三十五页 3波的干涉波的干涉 (1)实验及现象：实验及现象：实验：波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动实验：波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆时，两根细杆 地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的是频率相同、相位相同、是频率相同、相位相同、也相同的两列波。也相同的两列波。

5、现象：两列波相遇后，水面上出现了一条条现象：两列波相遇后，水面上出现了一条条 的区域和的区域和 的区域，这两种区域在水面上的位置是稳定不的区域，这两种区域在水面上的位置是稳定不变的。变的。周期性周期性振动方向振动方向相对平静相对平静激烈振动激烈振动本讲稿第八页，共三十五页 (2)现象解释：现象解释：加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的剧烈，振动的振幅等于两列波的 。减弱点：在某些点两列波引起的振动始终削弱，质点减弱点：在某些点两列波引起的振动始终削弱，质点振动的振幅等于两列波的振动的振幅等于两列

6、波的 ，若两列波振幅相同，质点，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于振动的合振幅就等于 ，水面保持平静。，水面保持平静。振幅之和振幅之和振幅之差振幅之差零零本讲稿第九页，共三十五页 (3)干涉定义：干涉定义：相同的两列波叠加，使某些区域的振幅相同的两列波叠加，使某些区域的振幅 、某些、某些区域的振幅区域的振幅 的现象。的现象。(4)干涉图样：波的干涉中所形成的图样。干涉图样：波的干涉中所形成的图样。(5)干涉条件：两波的干涉条件：两波的 相同，两波源的相位差必须相同，两波源的相位差必须 。(6)一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。关键一点关键一点

7、在波的干涉现象中，波的加强点的振幅大，在波的干涉现象中，波的加强点的振幅大，但位移并不一定大。但位移并不一定大。频率频率加大加大减小减小频率频率保持不变保持不变本讲稿第十页，共三十五页1下列现象属于波的衍射现象的是下列现象属于波的衍射现象的是 ()A在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声B“空山不见人，但闻人语响空山不见人，但闻人语响”C“余音绕梁，三日而不绝余音绕梁，三日而不绝”D夏日的雷声有时轰鸣不绝夏日的雷声有时轰鸣不绝解析：解析：选项选项A、D所述的现象均为声音的反射现象，所以所述的现象均为声音的反射现象，所以A、D错误；选项错误；选项C所述的现象为波的反射，

8、而不是波的衍射。所述的现象为波的反射，而不是波的衍射。答案：答案：B本讲稿第十一页，共三十五页答案：答案：D本讲稿第十二页，共三十五页3利用发波水槽得到的水面波形如图利用发波水槽得到的水面波形如图1241所示，则所示，则()图图1241本讲稿第十三页，共三十五页A图图a、b均显示了波的干涉现象均显示了波的干涉现象B图图a、b均显示了波的衍射现象均显示了波的衍射现象C图图a显示了波的干涉现象，图显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象显示了波的衍射现象D图图a显示了波的衍射现象，图显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象显示了波的干涉现象解析：解析：图图a中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生

9、明显的衍射；图中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生明显的衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象，故涉现象，故D项正确。项正确。答案：答案：D本讲稿第十四页，共三十五页4如图如图1242所示，波长相同的水波所示，波长相同的水波 通过宽度不同的孔，在图甲中发生了通过宽度不同的孔，在图甲中发生了 明显的明显的_现象，这是因为现象，这是因为_ _ 的缘故；在图乙中，孔后面的水的缘故；在图乙中，孔后面的水 波在连接波源和孔边的两条直线所限制波在连接波源和孔边的两条直线所限制 的区域里的区域里 传播，这是因为传播，这是因

10、为_的缘故。的缘故。答案：答案：衍射孔的尺寸与波长差不多或比波长小衍射孔的尺寸与波长差不多或比波长小孔的尺寸比波长大得多孔的尺寸比波长大得多图图1242本讲稿第十五页，共三十五页本讲稿第十六页，共三十五页 (1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。凡衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。凡能发生衍射现象的就是波。能发生衍射现象的就是波。(2)波的衍射总是存在的，只有波的衍射总是存在的，只有“明显明显”与与“不明显不明显”的差异。的差异。波长较长的波容易发生明显的衍射现象。波长较长的波容易发生明显的衍射现象。(3)波传到小孔波传到小孔(障碍物障碍物)时，小孔时，小孔(障碍物障碍物)仿佛

11、一个新波源，仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物障碍物)后传播，就偏离了直线后传播，就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。本讲稿第十七页，共三十五页 1如图如图1243是观察水面波衍射的实验装置，是观察水面波衍射的实验装置，AC和和BD是两块挡板，是两块挡板，AB是一个孔，是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线图中曲线)之间距离表之间距离表示一个波长。则波经过孔之后的传播

12、情况，下列的描述中正确的示一个波长。则波经过孔之后的传播情况，下列的描述中正确的是是 ()图图1243本讲稿第十八页，共三十五页 A此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象 B挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等 C如果将孔如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍现象到衍现象 审题指导审题指导解答本题时应注意以下两个方面：解答本题时应注意以下两个方面：(1)发生明显衍射的条件；发生明显衍射的条件；(2)由图分析孔的大小和波长的关

13、系。由图分析孔的大小和波长的关系。本讲稿第十九页，共三十五页 解析解析从题图中看出，水波波长跟小孔尺寸相差不大，此时能从题图中看出，水波波长跟小孔尺寸相差不大，此时能明显观察到波的衍射现象，如果孔明显观察到波的衍射现象，如果孔AB扩大到比波长大得多，就不能产扩大到比波长大得多，就不能产生明显的衍射现象，所以生明显的衍射现象，所以A、C均正确。波绕过障碍物后发生衍射现均正确。波绕过障碍物后发生衍射现象时，波的特征并未发生改变，即波的波长、频率和波速不改变，故象时，波的特征并未发生改变，即波的波长、频率和波速不改变，故B选项正确。当波的频率增大，波速不变时，波长选项正确。当波的频率增大，波速不变时

14、，波长v/f变小，变小，衍射现象就越不明显，故衍射现象就越不明显，故D选项错误。选项错误。答案答案ABC本讲稿第二十页，共三十五页 (1)障碍物的尺寸的大小与波长大小的关系不是发生衍射的条障碍物的尺寸的大小与波长大小的关系不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象。件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象。(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。能量很弱，也很难观察到波的衍射。本讲稿第二十一页，共三十五页 (1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波

15、在空间相遇都会波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。叠加。(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。如果两列波的频率且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。能是一般的振动叠加现象。本讲稿第二十二页，

16、共三十五页 (3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。(4)振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时，但其位移随时间发生变化。间发生变化。本讲稿第二十三页，共三十五页(5)干涉图样及其特征：干涉图样及其特征：干涉

17、的示意图如图干涉的示意图如图1244所示。所示。图图1244本讲稿第二十四页，共三十五页 特征：特征：a加强区和减弱区的位置固定不变。加强区和减弱区的位置固定不变。b 加强区始终加强，减弱区始终减弱加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随加强区与减弱区不随时间变化时间变化)。c加强区与减弱区互相间隔。加强区与减弱区互相间隔。本讲稿第二十五页，共三十五页 名师点睛名师点睛 (1)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零。只是振幅为谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为

18、零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。两列波振幅之和，显得振动剧烈。(2)振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。本讲稿第二十六页，共三十五页 2如图如图1245表示两个相干波源表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线

19、表示的是波谷，下列说法正确的是谷，下列说法正确的是()图图1245本讲稿第二十七页，共三十五页 Aa、c两点的振动加强，两点的振动加强，b、d两点的振动减弱两点的振动减弱 Be、f两点的振动介于加强点和减弱点之间两点的振动介于加强点和减弱点之间 C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换 D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰波谷的点将位于波峰本讲稿第二十八页，共三十五页 审题指导审题指导 (1)波的干涉中波峰与波峰相遇的点为加强点，波峰与波的干涉中波峰与波峰相遇的点为加强

20、点，波峰与波谷相遇的点为减弱点。波谷相遇的点为减弱点。(2)振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱区上振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱区上的点都是振动减弱点。的点都是振动减弱点。(3)加强点始终加强，减弱点始终减弱。加强点始终加强，减弱点始终减弱。(4)各质点在平衡位置两侧做周期性振动。各质点在平衡位置两侧做周期性振动。本讲稿第二十九页，共三十五页 解析解析波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地

21、变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点是波谷和波谷相遇的点，点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确。正确。e点位于加强点的连线上，点位于加强点的连线上，仍为加强点。仍为加强点。f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误。相干波错误。相干波源叠加产生的干涉是稳

22、定的，不会随时间变化，源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误。因形成干涉图样错误。因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确。正确。答案答案AD本讲稿第三十页，共三十五页 振动加强点与振动减弱点的判断方法：振动加强点与振动减弱点的判断方法：(1)振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；振幅减小的点为振动减弱点。振幅减小的点为振动减弱点。本讲稿第三十一页，共三十五页本讲稿第三十二页，共三十五页本讲稿第三十三页，共三十五页点击下图进入点击下图进入 随堂检测随堂检测 归纳小结归纳小结本讲稿第三十四页，共三十五页点击下图进入点击下图进入 课下作业课下作业 综合提升综合提升本讲稿第三十五页，共三十五页