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1、第十二章 机械波 第 四 节 波的衍射和干涉围场县第一中学 贾国杰在在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？石子、芦苇等会出现什么现象？问题探究问题探究问题探究问题探究一、波的衍射一、波的衍射阴影区阴影区阴影区阴影区波源波源波波绕过障碍物继续传播绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。的现象叫做波的衍射。水波槽实验：发波水槽发波水槽毛玻璃屏幕毛玻璃屏幕反射镜反射镜电动机的振动电动机的振动起波器起波器研究d？明显衍射问题探究问题探究问题探究问题探究对比对比两幅水波通过孔缝衍射照片，总结发生明显衍射现象的条件衍射现象衍射现象明显明显波绕过
2、障碍物区域波绕过障碍物区域多多波绕过障碍物区域波绕过障碍物区域少少衍射现象衍射现象不明显不明显d?dd波长波长一定一定的水波通过的水波通过宽度宽度d不同不同的狭缝后的衍射图样的狭缝后的衍射图样d d d 明显明显明显明显不明显不明显ddd在在狭缝宽度狭缝宽度d一定一定，不同波长不同波长的水波的衍射的水波的衍射1=0.3d2=0.5d3=0.7d明显明显 2 2、发生明显衍射的条件、发生明显衍射的条件实验表明实验表明：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多相差不多，或者比波长，或者比波长更小更小时，才能观察到时，才能观察到明显明显的衍的衍射现象。射现象
3、。1 1、缝、孔的宽度或障碍物的尺寸缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长比波长大，大，能发生能发生明显衍射吗？明显衍射吗？2 2、能说成是发生、能说成是发生衍射现象衍射现象的条件吗？的条件吗？问题探究问题探究问题探究问题探究水波通过桥洞时发生衍射水波通过桥洞时发生衍射 无线电波绕过高大建筑物无线电波绕过高大建筑物日晕日晕-光的衍射光的衍射声波波长：1.7cm-17m光波波长：0.4um-0.7um问题探究问题探究问题探究问题探究光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？隔墙有耳隔墙有耳衍射衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越好吗？中真的是孔或障碍物的尺寸越小越好吗？总结
4、：总结：1 1、衍射是波、衍射是波特有特有的现象，的现象，一切一切波都会产生衍射现象。波都会产生衍射现象。2 2、衍射现象、衍射现象总是存在总是存在的，只有的，只有明显明显与与不明显不明显的差异。的差异。3 3、障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条、障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生件，仅是发生明显衍射明显衍射的条件的条件4 4、一般情况下，波长、一般情况下，波长较大较大的波容易产生的波容易产生明显的衍射现象。明显的衍射现象。5、当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。弱，故衍
5、射现象仍不明显。池塘中两水波相遇时，会发生什么现象呢？池塘中两水波相遇时，会发生什么现象呢？问题探究问题探究问题探究问题探究二二、波的叠加波的叠加1 1、相遇前、相遇前2 2、相遇时刻、相遇时刻3 3、相遇过程、相遇过程4 4、相遇后、相遇后1 1、波的独立传播原理、波的独立传播原理红绿光束空间交叉相遇红绿光束空间交叉相遇(红是红、绿是绿，红是红、绿是绿，)听乐队演奏听乐队演奏(仍可辨出不同乐器的音色、旋律仍可辨出不同乐器的音色、旋律)空中无线电波很多空中无线电波很多(仍能分别接收各个电台的无线电波仍能分别接收各个电台的无线电波)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
6、然保持它们各自原有的仍然保持它们各自原有的特征（频特征（频率率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样互不干扰互不干扰.生活实例生活实例生活实例生活实例振动加强振动加强振幅增大振幅增大振动减弱振动减弱振幅减小振幅减小峰峰谷峰叠加原理叠加原理2 2、波的叠加原理、波的叠加原理 在在几几列列波波重重叠叠的的区区域域里里，介介质质的的质质点点同同时时参参与与这这几几列列波波所所引引起起的的振振动动，质质点点振振动动的的位位移移等等于于这这几几列列波波单单独独传播时引起的传播时引
7、起的位移的矢量和位移的矢量和。（本质：位移的合成本质：位移的合成）两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波相遇时，在两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？它们重叠的区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。我们先观察下面的现象。问题探究问题探究问题探究问题探究 水波干涉俯视图样水波干涉俯视图样 现现象象：两两列列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
8、置置是是固固定定的的，而且相互隔开。而且相互隔开。为什么为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？如果在某一时刻，在水面上的某如果在某一时刻，在水面上的某如果在某一时刻，在水面上的某如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经一点是两列波的波峰和波峰相遇，经一点是两列波的波峰和波峰相遇，经一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。过半个周期，就变成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇波峰
9、和波峰、波谷和波谷相遇时，质时，质时，质时，质点的位移都是最大，点的位移都是最大，点的位移都是最大，点的位移都是最大，等于这两列波的等于这两列波的等于这两列波的等于这两列波的振幅之和，因此在这一点，始终是两振幅之和，因此在这一点，始终是两振幅之和，因此在这一点，始终是两振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激列波干涉的加强点，质点的振动最激列波干涉的加强点，质点的振动最激列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。烈。烈。烈。但并不是始终处于波峰或波谷，但并不是始终处于波峰或波谷，但并不是始终处于波峰或波谷，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，有它们都在平衡位
10、置附近振动，有它们都在平衡位置附近振动，有它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零。的时刻位移也为零。的时刻位移也为零。的时刻位移也为零。问题探究问题探究问题探究问题探究三、波的干涉三、波的干涉 1.频率频率相同相同,振动方向相同振动方向相同,相位差相位差恒定恒定的两列波叠加，使某些区域的振的两列波叠加，使某些区域的振动动始终始终加强加强，某些区域的振动，某些区域的振动始终始终减弱减弱，并且振动加强和振动减弱的，并且振动加强和振动减弱的区域区域互相间隔互相间隔这种现象叫做这种现象叫做波的干涉波的干涉，形成的图样叫做，形成的图样叫做干涉图样干涉图样。特征特征振动加振动加强的区域总是加强的区域
11、总是加强，振动减弱的强，振动减弱的区域总是减弱。区域总是减弱。3 3、干涉图样的特点：、干涉图样的特点：振动加强点和振动减弱点是振动加强点和振动减弱点是间隔出现间隔出现。振动加强点是指振动加强点是指振幅较大振幅较大的点，不是位移始终最大。的点，不是位移始终最大。干涉图样中，干涉图样中，不只有不只有振动加强的质点和振动减弱振动加强的质点和振动减弱的质点。的质点。振动加强点振动加强点始终加强始终加强，振动减弱点，振动减弱点始终减弱。始终减弱。试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？的距离存在什
12、么规律？减弱区呢？问题探究问题探究问题探究问题探究1 1 1 1、若、若、若、若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：（n=0,1,2,=0,1,2,）则有则有P P点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍或半个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波长的偶数倍偶数倍。4 4、加强、加强点点和减弱点的分布规律和减弱点的分布规律2 2 2 2、若、若、若、若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点到两列波的波源的距离差等于半个波长的点到两列波的波源的距离差等于半个波长的点到两列波的波源的距离差等于
13、半个波长的点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍奇数倍奇数倍奇数倍。（n=0,1,2,=0,1,2,）生活实例：声波的干涉生活实例：声波的干涉操场上装有很多个相同的扬操场上装有很多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。方声音加强，某些地方声音减弱。【生活中波的干涉实例生活中波的干涉实例】例例1 1：以下关于波的衍射的说法中正确的以下关于波的衍射的说法中正确的是是 ()()A A波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B B当障碍物的尺寸比波长大
14、得多时，衍射现象很明显当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显C C当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D D只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象明显的衍射现象C典典 型型 例例 题题例例2 2如图所示，两列简谐波均沿如图所示，两列简谐波均沿x轴传播，传播速度的大小相轴传播，传播速度的大小相 等，其中一列沿等，其中一列沿x方向传播方向传播(图中实线所示图中实线所示)，一列沿负，一列沿负x x方向传方向传播播(图中虚线所示图中虚线所示)，这两列波的频率相同，振动方向均沿，这两列波的频率相同，
15、振动方向均沿y y轴，轴，则图则图中中x=1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8各点中振幅最大各点中振幅最大的的是是x=的点，振幅最小的是的点，振幅最小的是x=的点。的点。4、82、6典典 型型 例例 题题1 1、水波通过小孔，发生一定程度的衍射，为使衍射现象、水波通过小孔，发生一定程度的衍射，为使衍射现象更不明显，可以（更不明显，可以（）A A、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率B B、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率C C、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率D D、缩小
16、小孔尺寸，同时减小水波的频率、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率A课课 堂堂 练练 习习 2 2、下列关于波的衍射图象正确的是（、下列关于波的衍射图象正确的是（）BCBC注意注意:有孔衍射的子波源在小孔处有孔衍射的子波源在小孔处课课 堂堂 练练 习习 3 3、如图所示，、如图所示，A、B为两个完全相同的相干波源，它们产为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在生的两列波在AB连线的中垂线上连线的中垂线上的的P点点相遇时，则（相遇时，则（）A A、P点振动始终加强点振动始终加强B B、P点点振动有时加强，有时减弱振动有时加强，有时减弱C C、P点点位移始终等于振幅位移始终等于振幅D D、P点点位移有时为零位移有时为零ADAD课课 堂堂 练练 习习