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1、12.5波的衍射和干涉一、波的衍射一、波的衍射 波的衍射：波可以绕过障碍物继波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象续传播的现象 实验一实验一、水波的衍射现象及在波、水波的衍射现象及在波长一定的情况狭缝宽对衍射实验的长一定的情况狭缝宽对衍射实验的影响影响现象：水波绕过现象：水波绕过小孔小孔或或障碍物障碍物继续继续传播传播 说明说明:衍射是波特有衍射是波特有的现象的现象;一切波一切波都能发生衍射都能发生衍射衍射现象总是衍射现象总是存在的存在的,只有明只有明显和不明显的显和不明显的差异差异.实验二、在狭缝宽度一定的情况实验二、在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响下，波长对衍射实验的影响结论
2、：结论：障碍物较大时对波有影响障碍物较大时对波有影响,较较小时对波没有影响小时对波没有影响,即障碍物比即障碍物比较小时能发生明显衍射较小时能发生明显衍射.窄缝宽度跟波长相差不多时，有明窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象显的衍射现象结论：结论：窄窄缝缝宽宽度度比比波波长长大大得得越越多多，衍衍射射现现象越不明显；象越不明显；窄窄缝缝宽宽度度跟跟波波长长相相比比非非常常大大时时，水水波波将将直直线线传传播播，观观察察不不到到衍衍射射现现象象发生明显衍射现象的条件：发生明显衍射现象的条件：说说明明:障障碍碍物物或或孔孔的的尺尺寸寸大大小小,并并不不是是决决定定衍衍射射能能否否发发生生的的条条
3、件件,仅仅是是衍衍射射现现象象是是否否明明显显的的条条件件.一一般般情情况况下下,波波长长较较大大的的波波容容易易产产生生显著的衍射现象显著的衍射现象.障碍物或孔的尺寸比波长小障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波或跟波长相差不多长相差不多.波波传传到到小小孔孔(或或障障碍碍物物)时时,小小孔孔(或或障障碍碍物物)仿仿佛佛是是一一个个新新的的波波源源,由由它它发发出出与与原原来来同同频频率率的的波波(称称子子波波)在在孔孔后后传传播播,于于是是就就出出现现了了偏偏离离直直线线传传播播的的衍衍射现象射现象.当当孔孔的的尺尺寸寸远远小小于于波波长长时时尽尽管管衍衍射射十十分分突突出出,但但由由于于衍衍射
4、射波波的的能能量量很很弱弱,衍射现象不容易观察到衍射现象不容易观察到.一切波都能发生衍射，衍射是波特有一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象的现象 .二、波的叠加二、波的叠加由此可知：由此可知：两列波相遇后，彼两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，持各自的运动状态，彼彼此都没有受到影响此都没有受到影响二、波的叠加二、波的叠加波叠加原理：波叠加原理：几列波在同一介质中传播，在介质中某一点几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇
5、时，每一列波都能够保持各（或某一区域）相遇时，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样，间互不影响，好像没有遇到另一列波一样，在它在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动置附近做振动质点振动的位移等于这几列波单质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和独传播时引起的位移的矢量和三、波的干涉三、波的干涉由此可知：由此可知：这这两两列列波波相相遇
6、遇后后，在在振振动动着着的的水水面面上上，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是固固定定的的，而而且且相相互隔开互隔开三、波的干涉三、波的干涉 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，使某些区域的振动振动加强，某些区域的加强，某些区域的振动振动减弱，而且振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉波的干涉由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样干涉
7、图样：干涉图样：三、干涉的解释三、干涉的解释 如如果果在在某某一一时时刻刻，在在水水面面上上的的某某一一点点是是两两列列波波的的波波峰峰和和波波峰峰相相遇遇，经经过过半半个个周周期期，就就变变成成波波谷谷和和波波谷谷相相遇遇波波峰峰和和波波峰峰、波波谷谷和和波波谷谷相相遇遇时时，质质点点的的位位移移最最大大，等等于于两两列列波波的的振振幅幅之之和和；因因此此在在这这一一点点，始始终终是是两两列列波波干干涉涉的的加加强点，质点的振动最激烈强点，质点的振动最激烈S1S2三、干涉的解释三、干涉的解释 如如果果在在某某一一时时刻刻，在在水水面面上上的的某某一一点点是是两两列列波波的的波波峰峰和和波波谷
8、谷相相遇遇，经经过过半半个个周周期期，就就变变成成波波谷谷和和波波峰峰相相遇遇，在在这这一一点点，两两列列波波引引起起的的振振动动始始终终是是减减弱弱的的，质质点点振振动动的的振振幅幅等等于于两两列列波波的的振振幅幅之之差差，如如果果两两列列波波的的振振幅幅相相同同，质质点点振动的振幅就等于零，水面保持平静振动的振幅就等于零，水面保持平静S1S2 把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动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止的质点连起加强区；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来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的
9、相互隔开的三、干涉的解释三、干涉的解释波峰与波峰相遇波峰与波峰相遇,振动加强振动加强波谷与波谷相遇波谷与波谷相遇,振动加强振动加强波峰与波谷相遇波峰与波谷相遇,振动减弱振动减弱四、振动加强点和减弱点满足的条件四、振动加强点和减弱点满足的条件若两个波源的振动频率和振动步调相同若两个波源的振动频率和振动步调相同（1 1）加强点与两个波源的距离差：加强点与两个波源的距离差：r=rr=r2 2-r-r1 1=（2k2k）/2/2（k=0,k=0,1 1，2 2，3 3）（2 2）减弱点与两个波源的距离差：减弱点与两个波源的距离差：r=rr=r2 2-r-r1 1=(2k+1)/2=(2k+1)/2（k
10、=0,k=0,1 1，2 2，3 3）S1S2五、产生干涉的条件五、产生干涉的条件 两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉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涉图样，则需要满足一定的条件产生干涉的条件产生干涉的条件：两列波的频率必须相同：两列波的频率必须相同一一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象干涉和衍射一样都是波特有的现象 （2 2）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终
11、减弱的区域振动始终减弱注意：注意：（3 3）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的位移是在时刻变化的（1 1）产生干涉的条件：两波源振动频率相同）产生干涉的条件：两波源振动频率相同五、产生干涉的条件五、产生干涉的条件例例1.1.下列现象或事实属于衍射现象的下列现象或事实属于衍射现象的是是()()A.A.风从窗户吹进来风从窗户吹进来B.B.雪堆积在背风的屋后雪堆积在背风的屋后C.C.水波前进方向上遇到凸出水面的小水波前进方向上遇到凸出水面的小石子石子,小石子对
12、波的传播没有影响小石子对波的传播没有影响.D.D.晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影C例例2.2.下列关于波的衍射的说法正下列关于波的衍射的说法正确的是确的是()()A.A.衍射是一切机械波特有的现象衍射是一切机械波特有的现象B.B.对同一列波对同一列波,缝或孔缝或孔(障碍物障碍物)越小越小,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只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象纵波不能发生衍射现象D.D.声波容易发生衍射是由于声波声波容易发生衍射是由于声波波长较大波长较大BD例例3.在水波槽的衍射实验中在水波槽的衍射实验中,若打若打击水面的振子的频率是击水面的振子
13、的频率是5HZ,水水波在槽中的传播速度为波在槽中的传播速度为0.05m/s,为观察到显著的衍射现象为观察到显著的衍射现象,小孔小孔直径直径d应为应为()A.10cm B.5cm C.d1cm D.d1cmD例例4：如图是观察水面波衍射的实验装置，：如图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为波源，图中已画出波源所在区域波的为波源，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）传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是（后的传播情况，下述
14、描述正确的是（）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挡板前波纹间距离相等挡板前波纹间距离相等C如如果果将将孔孔AB扩扩大大，有有可可能能观观察察不不到到明明显的衍射现象显的衍射现象 D如如果果孔孔的的大大小小不不变变，使使波波源源频频率率增增大大，能更明显地观察衍射现象能更明显地观察衍射现象 解解析析：由由图图可可看看出出孔孔ABAB与与波波长长相相比比小小于于一一个个波长，则波长，则A A对对.介质及波源不变则不变，介质及波源不变则不变，B B对对 将将孔孔变变大大，若若孔孔的的大大小小比比较较大大则则不不能能看看到到明明显衍射现象，显衍射现象，C C对对 增大频率，
15、更不容易看到衍射现象，增大频率，更不容易看到衍射现象，D D错错.所以，正确选项为所以，正确选项为A AB B、C.C.课课 堂堂 练练 习习 关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（确的是（）A.A.任意两列波都能产生稳定干涉现象任意两列波都能产生稳定干涉现象B.B.发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同定相同C.C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷在振动减弱的区域，各质点都处于波谷D.D.在振动加强的区域，有时质点的位移等于零在振动加强的区域，有时质点的位移等于零BDBDABCDFABCDF课课 堂堂 练
16、练 习习关于波的干涉，下列说法正确的是（关于波的干涉，下列说法正确的是（）A A两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠区域发生叠加在重叠区域发生叠加B B两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移是两列波单独引起位移的矢量和是两列波单独引起位移的矢量和C C两列波相遇时两列波相遇时,一列波对另一列的影响叫干涉一列波对另一列的影响叫干涉D D干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的波源振动产生的波可能发生干涉现象的波源振动产生的波可能发生干涉现象E E两列波发生稳定的干涉现象时，某
17、一位置某两列波发生稳定的干涉现象时，某一位置某时刻是振动加强区，一个周期后变为振动减弱区时刻是振动加强区，一个周期后变为振动减弱区F F干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生干涉干涉 两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，刻，P P点处恰好两列波的波峰相遇，点处恰好两列波的波峰相遇，Q Q点处两列波点处两列波的波谷相遇，则（的波谷相遇，则（）A AP P点的振幅最大，点的振幅最大，Q Q点的振幅最小点的振幅最小B BP P、Q Q两点的振幅都是原两列波的振幅之和两点的振幅都是原两列波的振幅之和C CP P、Q Q两
18、点的振动周期同两点的振动周期同D DP P、Q Q两点始终处在最大位移处和最小位移处两点始终处在最大位移处和最小位移处BCBC课课 堂堂 练练 习习 如如图图所所示示，S S1 1、S S2 2是是两两个个频频率率相相等等的的波波源源，它它们们在在同同一一种种介介质质中中传传播播，以以S S1 1、S S2 2为为圆圆心心的的两两组组同同心心圆圆弧弧分分别别表表示示同同一一时时刻刻两两列列波波的的波波峰峰（实实线线）和和 波波 谷谷（虚虚 线线）则则 以以 下下 说说 法法 正正 确确 的的 是是：（）A A质点质点A A是振动加强点是振动加强点B B质点质点D D是振动减弱点是振动减弱点C C再过半周期，质点再过半周期，质点B B、C C是振动加强是振动加强D D质点质点A A始终处于最大位移始终处于最大位移 A A课课 堂堂 练练 习习