波的衍射和干涉(上课用)公开课.ppt

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1、第四节第四节 波的衍射和干涉波的衍射和干涉波的衍射：波可以绕过障碍物（或小孔）继续传播的现象波的衍射：波可以绕过障碍物（或小孔）继续传播的现象波的特征：衍射是波特有的现象，也是一切波都有的现象波的特征：衍射是波特有的现象，也是一切波都有的现象一、衍射现象一、衍射现象小孔尺度越小越明显小孔尺度越小越明显二、观察到明显衍射现象的条件二、观察到明显衍射现象的条件波长越长越明显波长越长越明显相同波长下：相同波长下：相同小孔下：相同小孔下：发生明显衍射的条件：发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观尺寸跟波长相差不多，或者比波长

2、更小时，才能观察到察到明显的衍射现象。明显的衍射现象。二、观察到明显衍射现象的条件二、观察到明显衍射现象的条件三、要看到明显衍射的方法三、要看到明显衍射的方法要观察到明显衍射的方法：要观察到明显衍射的方法：1、减小频率，使波长增大：、减小频率，使波长增大：2、减小小孔或障碍物的宽度、减小小孔或障碍物的宽度d1、一切波都能发生衍射、一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象.思考思考1:为什么能为什么能“闻其声不见其人闻其声不见其人”为什么光波衍射现象不明显为什么光波衍射现象不明显分析分析:声波和光波都可以发生衍射现象声波和光波都可以发生衍射现象.声波的声波的波长范围是波长范围是1

3、.7cm1.7cm到到17m,17m,而光的波长范围在而光的波长范围在0.4m0.4m到到0.8m0.8m之间之间,因此因此,自然界中障碍物的自然界中障碍物的尺寸远大于光的波长尺寸远大于光的波长,光波的衍射现象不明显光波的衍射现象不明显,而声波易发生衍射现象而声波易发生衍射现象,所以闻其声不见其人所以闻其声不见其人.四、小结：四、小结：2、衍射现象总是存在的、衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异只有明显与不明显的差异两个相向运动的弹性小球在运动过程中两个相向运动的弹性小球在运动过程中相遇，会发生什么现象？相遇，会发生什么现象？两列波在传播过程中相遇，两列波在传播过程中相遇，会发生什么会发

4、生什么现象？现象？五、波的干涉五、波的干涉一、一、波的叠加原理波的叠加原理1 1、波传播的独立性、波传播的独立性 几列波相遇之后，几列波相遇之后，仍然仍然保持它们各自原有的特征保持它们各自原有的特征（频（频率率率率、波长、振幅、振、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好原来的方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样象没有遇到过其他波一样.实例实例 :a a、众多说话声中、众多说话声中,能辨别出某个人的声音能辨别出某个人的声音 b b、乐队中各乐器演奏的独立性、乐队中各乐器演奏的独立性.2 2、叠加原理、叠加原理 在相遇区域内任一点的振动，为各列波单在相遇

5、区域内任一点的振动，为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和.一、一、波的叠加原理波的叠加原理加加强强减减弱弱 思考：思考：两列振动方向相同和振动方向相反的波叠两列振动方向相同和振动方向相反的波叠加，振幅如何变化？振动加强还是减弱？加，振幅如何变化？振动加强还是减弱？两列振动方向相同的波叠加，振动加强，振幅增大。两列振动方向相同的波叠加，振动加强，振幅增大。两列振动方向相反的波叠加，振动减弱，振幅减小两列振动方向相反的波叠加，振动减弱，振幅减小。观察：波的叠加中的一种观察：波的叠加中的一种特殊现象特殊现象 频频率率相相同同的的两两列列波波相相遇遇

6、现现象象：两两列列频频率率相相同同的的水水波波相相遇遇后后，在在它它们们重重叠叠的的区区域域里里出出现现了了一一条条条条从从两两个个波波源源中中间间伸伸展展出出来来的的相相对对平平静静的的区区域域和和激激烈烈振振动动的的区区域域，这这两两种种区区域域在在水水面面上上的的位位置置是固定的，而且相互隔开。是固定的，而且相互隔开。1.干涉的定义：干涉的定义：频率频率相同的两列波叠加，使某些区域相同的两列波叠加，使某些区域的振动的振动加强加强，某些区域的振动，某些区域的振动减弱减弱，而且振动加强和，而且振动加强和减弱的区域互相间隔减弱的区域互相间隔,这种现象叫做波的干涉这种现象叫做波的干涉.二、波的干

7、涉二、波的干涉2、干涉图样：所形成的图样叫做干涉图样。、干涉图样：所形成的图样叫做干涉图样。思考：思考：两个波源传过来的波都要引起两个波源传过来的波都要引起介质质点振动，为什么有的介质质点振动，为什么有的点振动激烈（振幅大），而点振动激烈（振幅大），而另一些点的比较平静（振幅另一些点的比较平静（振幅小）呢？小）呢？时刻时刻t tS1S2b实线：波峰虚线：波谷a3 3、波的干涉成因、波的干涉成因S1S2实线：波谷虚线：波峰时刻t+T/2babS1S2实线：波峰虚线：波谷a时刻t+T 把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静

8、止的质点连起来，为振动减弱相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的3、干涉的成因、干涉的成因波峰（波谷）与波峰波峰（波谷）与波峰（波谷）（波谷）相遇相遇,振动加强振动加强波峰与波谷相遇波峰与波谷相遇,振动减弱振动减弱4 4、产生干涉的条件：、产生干涉的条件：（1 1）一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象，但两）一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象，但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定的干涉现象

9、形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件。（我们所说的干涉是指稳定的干涉）件。（我们所说的干涉是指稳定的干涉）（2 2）两列波两列波产生干涉的条件：产生干涉的条件：a.a.频率必须相等。频率必须相等。b.b.相位差恒定相位差恒定 b实线：波峰虚线：波谷aP点是振动加强点的条件是：点是振动加强点的条件是：P点是振动减弱点的条件是：点是振动减弱点的条件是：解解释释：设设AC=BP，当当B波波源源产产生生波波峰峰时时，A波波源源也也同同时时产产生生波波峰峰。当当B波波的的某某一一波波峰峰恰恰传传到到P点点时时，A波波同同时时产产生生的的那那一一波波峰峰刚刚传传到到C点点。如如果果CP=n，则则A波波

10、传传到到P点点的的也也恰恰好好是是一一个个波波峰峰，则则P点点是是波波峰峰和和波波峰峰叠叠加加，P点点是是振振动动加加强强点点。如如果果CP=(2n-1)/2，则则A波波传传到到P点点的的是是波波谷谷，则则P点点是是波波峰峰和和波波谷谷叠加，叠加，P点是振动减弱点。点是振动减弱点。5 5、加强点和减弱点的条件、加强点和减弱点的条件 如如图图A、B是是两两个个振振动动情情况况相相同同的的波波源源，点点P到到A、B距离分别是距离分别是S1 和和S2，则：，则：12a1a2a3a4b1b2b3b4实线：波峰虚线：波谷12a1a2a3a4b1b2b3b4实线：波峰虚线：波谷1 1、如图所示两列波相向传

11、播，当它们相如图所示两列波相向传播，当它们相遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能的是的是 ()A A图乙、丙图乙、丙 B B图甲、乙图甲、乙C C图乙、丙、丁图乙、丙、丁 D D图甲、乙图甲、乙A甲乙丙丁例题例题S1S2红线：波峰蓝线：波谷acb3、b点是加强还是减弱？点是加强还是减弱？思考：思考：振动加强的点位移有振动加强的点位移有 没有为零的时刻？没有为零的时刻？v有。有。v说明：说明：振动加强振动加强实际上是实际上是振动能量加强振动能量加强，即，即该点振动的合振幅增大，但该点仍在平衡该点振动的合振幅增大，但该点仍在平衡位置附近做往复运动，位移仍然是不断

12、变位置附近做往复运动，位移仍然是不断变化的；而化的；而振动减弱振动减弱也就是也就是振动能量减弱振动能量减弱。v5 5如图所示，两列简谐波均沿如图所示，两列简谐波均沿x x轴传播，轴传播，传播速度的大小相传播速度的大小相 等，其中一列沿等，其中一列沿x x方方向传播向传播(图中实线所示图中实线所示)，一列沿负，一列沿负x x方向方向传播传播(图中虚线所示图中虚线所示)，这两列波的频率，这两列波的频率相同，振动方向均沿相同，振动方向均沿y y轴，则图中轴，则图中x=1x=1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8各点中振幅最大的是各点中振幅最大的是x=x=的点，振幅最小的是的点，振

13、幅最小的是x=x=的点。的点。4、82、6v解析：在图示时刻，两列波引起介质中各质点振动的位移矢量和部为零，但其中的一些点是振动过程中恰好经过平衡位置，而另外一些点是振动减弱确实不振动的结果X=2 与X=6 恰是波峰与波谷相遇处，质点为反相叠加，因此振幅最小。X=4处的质点，两列波都使该质点向上振动，因此该质点的振动实际上是同相叠加的，振幅可以达两列波的振幅之和；同理对X=8 处的质点，两列波都使该质点向下振动，也是同相叠加的，所以 X=4 和 X=8 处的质点振幅最大。X=1、3、5、7处的质点，两列波使它们的振动方向虽是相同的，但由于两列波引起的位移方向不同，并且两波的频率相同，因此质点的

14、振动既不会是同相叠加，也不会是反相叠加，故振幅不是最大也不是最小。v6 6、如图所示，在如图所示，在x x轴上的轴上的P P、Q Q两点位两点位置上有两个频率相同、振动方向也相置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，它们激起的机械波长同的相干波源，它们激起的机械波长是是2m2m，P P、Q Q两点的横坐标分别是两点的横坐标分别是x xp p=1m=1m，x xQ Q=6m=6m，那么在，那么在y y轴上从轴上从-+的位置上会出现振动减弱的区域的位置上会出现振动减弱的区域有多少个有多少个?5个个v解析：解析：P P、Q Q两波源具有相同频率两波源具有相同频率,P P、Q Q是相干波源，是相

15、干波源，在空间在空间P P、Q Q波能产生干涉波能产生干涉P P、Q Q 到到X X轴上任一点轴上任一点vM M的距离之差的距离之差 满足三角形两边之差小于（等于）满足三角形两边之差小于（等于）第三边的关系，第三边的关系，v即即 m m。v由相干条件中减弱区的条件得由相干条件中减弱区的条件得v v将将 m m 代入代入v ，则，则 vk k取值为取值为0 0、1 1、2 2。当。当 即为即为O O点，由于点，由于X X 轴轴正、负方向对称，故正、负方向对称，故X X轴减弱区域共轴减弱区域共5 5个。个。小结小结v1 1、什么是波的独立性？、什么是波的独立性？vv2 2、什么是波的叠加原理？、什

16、么是波的叠加原理？vv3 3、什么是波的干涉？、什么是波的干涉？v4 4、产生稳定干涉的条件是什么？、产生稳定干涉的条件是什么？v作业：作业：1 1、如右图所示，、如右图所示，在同一在同一均匀介质中，有S1、S2两个完全相同的波源S1、S2之间相距两个波长。点B为S1、S2连线的中点，今以点B为圆心，R=BS1为半径画圆，问在该圆周上，除S1、S2两波源外，共有几个振动加强的点?()S1S2Bv2 2、如图所示，在、如图所示，在 轴上轴上A A、B B为振动情况相为振动情况相同的波源，同时向同一方向振动，相距同的波源，同时向同一方向振动，相距3m3m，振幅为，振幅为0.05m0.05m，两列波

17、波长都为，两列波波长都为2m2m，求：，求：v（l l）x x轴上坐标为轴上坐标为1.0m1.0m、1.5m1.5m、2.0m2.0m、2.5m2.5m处质点的振幅各是多大？处质点的振幅各是多大？v（2 2）若波速为）若波速为5m/s5m/s，则，则2.5m2.5m处的质点处的质点F F在在0.8s0.8s内通过的路程为多大？内通过的路程为多大？v解析：两个波源频率相同，振动情况也完全相同解析：两个波源频率相同，振动情况也完全相同（指振动步调相同），在传播过程中，出现稳定的（指振动步调相同），在传播过程中，出现稳定的干涉图样，某些区域内质点振动总是加强或总是减干涉图样，某些区域内质点振动总是加

18、强或总是减弱介质中质点振动是加强还是减弱取决于该点到弱介质中质点振动是加强还是减弱取决于该点到两波源的路程差两波源的路程差 ，如果路程差为波长，如果路程差为波长 的整数倍时，的整数倍时，该点的振动是加强的；如果路程差是半波长的奇数该点的振动是加强的；如果路程差是半波长的奇数倍时，该点的振动是减弱的，如两波源的振幅相等，倍时，该点的振动是减弱的，如两波源的振幅相等，则这些质点的振幅为零则这些质点的振幅为零（1）C和E点到A、B的路程差为：即C、E两点的振动是减弱的，两列波在这两点引起的振动总是方向相反，所以C、E两质点的报幅为零D点和F点到A、B的路程差分别为：即D、F点的振动是加强的，两列波在这两处所引起的振动总是方向相同，所以D、F两质点的振幅为A20.050.1mv（2）周期（s），经，由于F点的振动总是加强的。振幅A0.1m，所以在0.8s内质点F通过的路程为 加强加强:两列波引起的两列波引起的振动方向始终振动方向始终相同相同。减弱：两列波引起的减弱：两列波引起的振动方向始终振动方向始终相反相反。