《.波的衍射和干涉》由会员分享，可在线阅读，更多相关《.波的衍射和干涉（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、选修3-4 第十二章 机械波 12.4波的衍射和干涉【自主预习】1波可以_障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射衍射是波_的现象_都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显而己波的直线传播只是在衍射不明显时的近似2只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_，或者_时，才能观察到明显的衍射现象3几列波相遇时能够保持各自的_，继续传播，即各自的波长、频率等_几列波相遇时，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，质点的位移等于几列波单独传播时引起的位移的_，这就是波的叠加4频率相同的两列波叠加时，某些区域的_、某些区域的_，这种现象叫做波的干涉产生干涉的两个必要条件：两列波的频率必须_
2、，两个波源的相位差必须_一切波都能发生干涉，干涉也是波所_的现象5关于波的衍射现象，下列说法中正确的是()A某些波在一定条件下才有衍射现象B某些波在任何情况下都有衍射现象C一切波在一定条件下才有衍射现象D一切波在任何情况下都有衍射现象6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B“空山不见人，但闻人语响”C“余音绕梁，三日而不绝”D夏日的雷声有时轰鸣不绝7关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某
3、时刻的位移可能是零D两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大【自主预习】答案：1绕过特有 一切波2相差不多比波长更小3运动特征保持不变矢量和4振幅加大振幅减小相同保持不变特有5D衍射现象是波在传播过程中所特有的特征，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故D正确6B7C两列波相遇时一定叠加，没有条件，A错；振动加强是指振幅增大，而不只是波峰与波峰相遇，B错；加强点的振幅增大，仍然在自己的平衡位置两侧振动，故某时刻位移x可以是振幅范围内的任何值，C正确，D错误【典型例题】 知识点一对波的衍射的理解【例1】(1)既然衍射是波的特有现象
4、，也就是说一切波都会发生衍射现象，为什么一般情况下我们都观察不到衍射现象？(2)一般情况下，什么样的波容易产生显著的衍射现象？(3)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系是决定衍射能否发生的条件吗？【解析】(1)一切波都能发生衍射现象，但很多情况下因波长与障碍物或孔、缝的宽度相比较小，衍射现象极不明显，所以看不清或看不到衍射现象(2)波长较长的波容易产生显著的衍射现象(3)不是波发生衍射现象没有条件，孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系只是决定波能否发生明显衍射的条件点评波在任何情况下都有衍射现象，有明显和不明显的区别孔、缝的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，是发生明显衍射的条件
5、【例2】下列关于波的衍射的说法正确的是()A衍射是机械波特有的现象B对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显C只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较长【解析】BD衍射是一切波特有的现象，所以选项A、C错；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的；声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，由于声波波长较长，所以声波容易发生明显衍射现象，所以选项D也是正确的点评知道衍射是一切波特有的现象，及发生明显衍射的条件知识点二波
6、产生干涉的条件【例3】关于波的干涉，下列说法正确的是()A只有横波才能发生干涉，纵波不能发生干涉B只要是两列以上的波，在相遇的区域内都能产生稳定的干涉C不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同，就能产生稳定的干涉现象D干涉是机械波特有的现象【解析】C干涉是波的特有现象，只要波的频率相同，两个波源的相位差保持不变，就会产生干涉现象点评产生干涉的两个条件：频率相等；波源的相位差保持不变【例4】两列波相叠加得到了干涉图样，则以下说法正确的是()A两列波的频率一定相同B两波源振动一定同步C振动加强区与振动减弱区交替变化D振动加强区与振动减弱区互相间隔【解析】AD干涉产生的必要条件是
7、波的频率相等、波源的相位差恒定，两波源的振动不一定同步，故A正确，B错误产生干涉现象时，振动加强区与振动减弱区互相间隔且不会变化，故C错误，D正确点评产生干涉现象时，振动加强区与振动减弱区互相间隔，且加强区总是加强，减弱区总是减弱，不会发生变化一、发生明显衍射条件的应用技巧【例5】如图1所示是观察水面波衍射的实验装置AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O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(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()图1A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C如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍
8、射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象【解析】ABC本题主要考查发生明显衍射的条件观察图可知道孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象，故选项A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距应相等，故选项B对；若f增大，由，知变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到衍射现象，故选项C对方法总结本题考查的是一个演示实验要求对波发生明显衍射现象的条件，以及波长、频率、波速之间的关系有正确的认识因此对重要的演示实验的实验原理和实验方法，都必须有深入的理解在观察水波衍射现象的实验中，若打击水面的振子
9、使振动频率增大，观察到的衍射现象有什么变化？(提示：v/f，f增大，减小，则衍射现象变得不明显)【例6】已知空气中的声速为340 m/s，现有几种声波：(1)周期为1/20 s；(2)频率为30 Hz；(3)波长为10 m，它们传播时若遇到宽度均为9.5 m的障碍物，能发生明显衍射现象的是()A(1)和(2) B(2)和(3)C(1)和(3) D都可以【解析】D(1)T s，由v得vt，则117 m，(2)211.3 m，(3)310 m，而障碍物宽度d9.5 m，比三种波的波长都小，所以D正确方法总结判断能否发生明显衍射的方法是比较波长与障碍物的尺寸的大小关系二、对干涉图样的理解技巧【例7】
10、图2表示两个相干波源S1、S2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，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是()图2Aa、c两点的振动加强，b、d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C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，原来位于波谷的点将位于波峰【解析】AD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a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而
11、b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确e位于加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误相干波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的介质质点不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确【例8】当两列同频率的水波发生干涉现象时，若两列波的波峰在P点相遇，则()质点P的振动始终加强质点P的频率最大质点P的位移始终最大质点P的位移有时可能为零A B C D【解析】D由于两列波的波峰在P点相遇，P点是振动加强点，且振动始终加强，正确；两列波发生干涉，它们的周期和频率不会发生改变，各个点频率仍然是相同的，错误；振动加强并不意味着其位移
12、始终是最大，振动加强点的振幅最大，但位移总在变化，有时可能为零，错误，正确故选项D正确方法总结两个频率相同的同种波源形成的干涉图样，以两波源为中心向外辐射延伸，形成振动加强线和减弱线，即加强区和减弱区加强区是指该区域内质点的振幅增大，减弱区是指该区域内质点的振幅减小(若两列波的振幅相等则减弱区振幅为0)，不论加强区还是减弱区(振幅为0除外)中的质点，都仍在其平衡位置附近振动，它们的振动位移仍随时间发生周期性变化因此某一时刻，加强区中质点的振动位移可能小于减弱区中质点的振动位移三、波的叠加【例9】如图1245所示，波源 S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳
13、的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点.已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列说法正确的是()A两列波比较，a波将先到达P点B两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2Cb的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达PD两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧【解析】因两波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误；因f12，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点距离比b波的波峰大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D均正确.【例10】
14、如图所示，两列相同的波沿一直线相向传播，当它们相遇时，如图所示的波形中可能的是()【解析】【答案】B、C当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时，根据波的叠加原理，在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有质点此刻的振动合位移为零，而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变，所以选项B正确；当两列波完全相遇时(即重叠在一起)，由波的叠加原理可知，所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和，使得所有的质点振动的位移加倍，所以选项C也是正确的.【课后练习】1关于波的干涉，以下说法正确的是()A振动加强的质点，位移始终最大B振动加强的质点，两列波引起的分位移，总是方向相同的C加强点的
15、振动，能量始终最大D加强点和减弱点的位置在传播中是随时相互交换的2由两列波叠加，出现稳定的干涉图样，可以确定()A振动加强的区域各质点都在波峰上B振动减弱的区域各质点的位移时刻为零C振动加强和减弱的区域随波推进D振动加强和减弱的区域位置不变3当两列振动情况完全相同的水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是()A质点P的振动始终是加强的B质点P的振幅最大C质点P的位移始终最大D质点P的位移有时为零4关于波的干涉现象，下列说法正确的是 ( ) A某些波在一定条件下才有稳定的干涉现象B某些波在任何情况下都有稳定的干涉现象C一切波在一定条件下都有稳定的干涉现象D一切波在任何情况下都
16、有稳定的干涉现象5两列波相遇，发生了稳定的干涉现象，下列说法中正确的是 ( )A加强区和减弱区互相间隔，减弱区的振幅一定为零B加强区的振幅是两列波分别引起的振动的振幅之和C加强区和减弱区的质点的位移都随时间而变化D加强区和减弱区互相交替变化6当两列水波发生干涉时，若两列波的波峰在P点相遇，则 ( ) AP的振动始终是加强的 BP的振幅最大CP的位移始终最大 DP的位移有时为零7如图所示，S1、S2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它们所发出的波的波峰和波谷.关于a、b、c、d四点，说法中正确的是 ( )A该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不
17、是最强也不是最弱B该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强Ca质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的D再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱8下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是()A相遇之后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强B相遇之后，两列波的振动情况与相遇前完全相同C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D几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰9两列波在同一种介质中传播时发生了干涉现象，则()A振动加强区域，介质质点的位移总是比振动减弱区域介质质点的位移大B振动加强区域，
18、介质质点的振幅总比振动减弱区域介质质点的振幅大C振动加强区域，介质质点的位移随时间做周期性变化D振动加强区域，介质质点的振幅随时间做周期性变化10如图5所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是()A该时刻质点O正处在平衡位置BP、N两质点始终处在平衡位置C随着时间的推移，质点M向O点处移动D从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位置参考答案【课后练习】1. 解析：加强点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰和波谷，它们在平衡位置附近做往复运动，有时位移也为零，只是振幅为两列波的振幅之和，显得剧烈.加强点总是加强点， 减弱点总
19、是减弱点，故B、C正确.答案：B、C2. 解析：加强点和减弱点都在各自平衡位置附近做往复运动，位移时刻在变化，当两列波振幅一样时，减弱点位移才时刻为零；加强点总是加强点，减弱点总是减弱点，位置不变，故只有D项正确.答案：D3. 解析：由于P点是两列波的波峰相遇点，故质点P的振动始终是加强的，其振幅等于两列波的振幅之和.但质点P并不停在波峰或波谷不动.它不断地围绕自己的平衡位置往复运动，故其位移有时为零.答案：A、B、D4AC 5.BC 6.BD 7. BC（自编）8. BCD两列波相遇时，每一列波引起的振动情况都保持不变，而质点的振动则是两列波共同作用的结果，故选项A错误，选项B、C正确；几个
20、人在同一房间说话，声音振动发出的声波在空间中相互叠加后，并不改变每列波的振幅、频率，所以声波传到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故选项D正确9. BC振动加强区域，各质点的位移随时间做周期性变化，它的位移某时刻可能为零，也不一定比振动减弱区域的位移大，故A错误，C正确；振幅是质点振动的最大位移，故B正确，D错误10. BD本题考查对干涉图样的认识由图可知，图中O、M为振动加强点，此时刻O处于波谷，M处于波峰，因此A错误；N、P为减弱点，又因两列波振幅相同，因此，N、P两点振幅为零，即两质点始终处于平衡位置，B正确；质点不会随波向前推移，C不正确；从该时刻经周期，两列波在M点分别引起的振
21、动都位于平衡位置，故M点位于平衡位置，D正确- 7 -确，衡点点故置置于振的的别在两两周 ( 刻刻；不 前随质质确，衡处处质，幅点、因同幅幅因点为为 误因因波 ，处此，动动 中可可识涉涉干题题错错确故位位的点是；，错大大的弱振振一不不能时移它它性期间间的各，动正选选话所人不不仍朵朵人到以频频振波波改不加相相在的动动音说间间同几几正项，项故果作作列则振振而变变都情的列列，时波波编自 . 、 零零零移故复复位的的绕地.不不峰停 但但之之的波等等，加终的的点点峰峰的是是 析：确确只只变不弱弱减减强加加强零时时位减样样波两两化在，运近近置置平在减点点析解、 ：确确正 ，总点点点是强烈剧剧和幅幅波振振只
22、零位位动往近近位们，和波终但强强动振振：习习练后答位位位到到点周之经经时移点点 ，的着位位平终点点 位位处处质刻刻(确法下下，相波，和波两两同频、表线线实，如如变变做随随点介区区加变变性间移点质质域域强幅的质质域动比比的质质域强动动移位质质介动是总质质介强强(象干干生生传质同同列干不时时声说清清间相间间一人人量矢移移引列等位位的域域遇相相前前况的两两之加波波列幅幅弱波的的幅后(的的法的的时列列关列最振振此位自自处都三三 刻刻的/强强最动点 、的最最终的的质最动点点 ，最质时时最是强强不振，动动点 最点质时时 正法四、关波和的的所它它时表线线线实相同同们源干干两、，图为为移移 大始始移最振振的
23、强终终振 ) 则 峰峰列，干发水水变交互互减强强变间间都位的的减和之之之动引波是是的的为一的的弱间区减区区 中法法象现稳稳发相波现涉涉的的下情任切切现涉涉定下定定一现干稳稳下何何波些现干干稳才条波波 ) 是确说说，的为为为移最最终的最最幅点强加加始 的说，相峰峰波果时干干发发相况情情列不位位区减加加推随区区减动为为刻的各的的动峰波波点区区的(确可可涉涉的现波换换交时中中在位位和强最最终能的的同相是是位的波点点质加加最始，的的加(的说下的的习习练后的正正 选选倍移动的所所和量量的时传传波等位振振有有所原的波波一重重(相完两两 选变变保波波波或个后后两，位位振此有所所的的波半(前理叠的时时相个个(
24、个波当当 案】(的形形示如遇它它，相直的的列示图图】确均 误，综综最移为移移对此此左遇遇峰，达达时不波波大波 点峰的时 同同列故 , 由 因错 到能能，相两】左点在个只只的的可位，波波列达达有峰峰 ， 波 达移点 点波列列 达达波，波波确确说下质身身介只只的中波机已已中波波两 波个个为， 频端在在源个个同 波波 振 率端的在波波所 如如叠的波移动动点点区于可动动的区区加时因化化周间间时动们们，近位位在，的的外0(弱区区论论)0区区等振列列(减的的域该弱大幅幅点区是是区区弱区即即线和动动形延辐向向波，图图干波的的率频频结正正项故，为可化总总但最幅幅加加振是始始着不强强振，然频点改改发率周周它干干
25、生两加动且且加振，相在波于于】 为为时点质质大始的的点的的质强终的遇点峰波若若象象生水率同当当正反步步周半性性做不质质样涉因错，时时不定涉生生叠波，弱，线线弱弱于 为为上的强强 正，减动的相相和是两两 的动动都点峰峰和是点谷谷和和的的是是空的和强涉涉干稳稳注着地地在都都大位着着动在点介介样涉成成的波波列刻是是示意涉 波位的的于来波波于峰峰位原周周个互互位弱和和加时的的之点点加加振两两、减振振两 加加振两图的说说列波的，示示表中相相介种在生产产、源两两示示图技理样样系系寸寸物障障较比的明明否判判结确所，波波波 . 物碍 ( ( 0() 】可可可 和和 和和( ()的的现衍生物物碍 宽若若播它00
26、 ； 0)；0 期)：有 0为中中已显不不变射小小 ，提？什现现衍观增增动动子的击中中的射水水解理理有都法实实原验验示重因因识正系之之波频长长以象现明明对对示一的的题 故故现射射观则则波大的且 错选了了不变现小，) 大 对故等距距后挡即即波，率变速的的； 象衍波显显，多波波的孔孔图件条衍衍查要要题 现衍观地地，增波，大大的现衍衍明察能能，扩果相相离波前前现射射波观时时图确确中列况况传后过关关波一一的间线中中邻邻条况传波所所波波已，是是板两两 验波察示示图技用用条显显明化变变会弱区，是是强，间弱振振强振振，干生正误错错变且且间区动动强动象象涉产 确，步步动源波波恒的、等频频件件的生】间相相弱振加
27、加动变交减减与加同同一动相相相的波(确确正则则图涉加加叠】变不不位的；率：条条两产象生生就不差差的个两相波波，现波波涉】现现有特涉涉现现生生能，况况振振率波的的叠波是是是干定定产内区区相的上上要干生不不涉生生波(的法下下的关条条涉生二二件件显生，有波波是道确确正项所所射明明发波波以长声声，之小小大碍见一一间 的波确确 以象的的明能，长长或差长长的的障度的的只件有有象显发 、以象特特一一是 较波声声是射生生发现衍生生纵象象生发有明象象衍越越或、列现现有有波射的正衍衍于列列】件条显生生小小波多相波的的障障宽、区区和明明象衍况何何件的的显生能能定关波波与物障障的、条现现衍象象象著著生波长长象现到到或
28、以显极极射衍比比宽孔孔碍与因因况很射衍衍波)】吗件发射射决是是波尺尺物度的的孔象现著著产易么什什般般象象到都都情般般什现衍发发切就象象特是然 理射射波一题题例误误确，值的范可可移时动动两衡衡己自大幅幅强；，相相峰不不，幅指动动 ，定定遇列正故故明有有明只现现有下何在，件征征的所播播传现现特变变保相减振振加量量量持征更更更比差差切 特案】移移位的减振振位位点强动动时同率率是可移时质质强动质质遇波波频列的遇遇与与峰点强强振波相相列叠叠叠以，干干稳因遇遇波相列(的中中说涉和波波不鸣时时的绝绝绝，绕响响语但但不回回听可叫叫山空的衍衍的现现现衍都况波波现衍下条条一一现衍都何任任现射射才定一(确确法下现现的于象的的_所干涉涉干波波一_须位源源，_频波两两条必的的干叫象象这_域些_区区某时两相相加是这这_的位位引独单单于位质动动几与与同的质质域重们们遇列_率、长自传继_自持时时遇象射显显察_或或_波跟跟碍或的缝缝似似似明不不播线波波而明的明明只现衍衍都_的的_射波波做这传续_以习习习主干干和的 -械械章章 - 7 - / 7