课时12.4波的衍射和干涉
1.通过观察水波的衍射现象,认识衍射现象的特征。知道衍射现象是波特有的现象,知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。
2.了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。
3.知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。
重点难点:波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件;波的叠加原理、波的干涉现象、产生干涉的条件及有关计算。
教学建议:衍射和干涉是波特有的现象,也是学生后面学习光的衍射的基础。对于波的衍射,教学的关键仍在于实验的演示、观察和对实验现象的分析。为了有助于对实验现象的分析和研究,可以在观察真实现象的同时,利用课件进行模拟,以便于使学生对衍射留下更加清晰的印象。在波的干涉学习中,从波叠加的一般原理到满足相干条件下的干涉现象,学生对“波是振动形式的传播”的理解得到加深,其中波的相干条件是学习的难点。
导入新课:泰山佛光是岱顶奇观之一。每当云雾弥漫的清晨或傍晚,游人站在较高的山头上顺光而视,就可能看到缥缈的雾幕上,呈现出一个内蓝外红的彩色光环,这个光环将整个人影或头影映在里面,恰似佛像头上五彩斑斓的光环,故得名“佛光”或“宝光”。你能解释这种现象吗?
1.波的衍射
(1)定义:波可以①绕过障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。
(2)发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长②相差不多,或者比波长③更小时,才能发生明显的衍射现象。
(3)衍射是波特有的现象,故一切波均可发生衍射现象。“闻其声而不见其人”是④声波的衍射。
2.波的叠加
大量的事实和实验表明,几列波相遇时能保持各自的⑤运动特征继续传播,在它们重叠的区域里,介质中的质点同时参与这几列波的振动,质点的位移等于几列波单独传播时⑥引起的位移的矢量和,这就是波的叠加原理。
3.波的干涉
(1)定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的⑦振幅增大,某些区域的⑧振幅减小,这种现象叫作波的干涉。
(2)产生干涉的两个必要条件:一是两列波的⑨频率必须相同;二是两个波源的⑩相位差必须保持不变。
(3)干涉图样的特点:在加强区两列波引起的振动总是相互加强的,振幅等于两列波的振幅之和;在减弱区两列波引起的振动总是相互减弱的,振幅等于两列波的振幅之差。
(4)干涉是波特有的现象,声波、电磁波等一切波都能发生干涉。
1.教材波的衍射的演示中图1
2.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象更明显?
解答:乙图象衍射现象更明显。
2.医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波?
解答:超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接收。
3.波的干涉的示意图中振动加强的区域就是波峰或波谷吗?
解答:振动加强的部分有波峰、波谷、平衡位置等,只是它们的振幅最大。
主题1:波的衍射
问题:(1)“闻其声而不见其人”是不是说明声波能发生衍射,而光不能发生衍射呢?
(2)做一做教材中关于衍射的“演示”实验,跟同学讨论一下,怎么才能让衍射现象更明显呢?
解答:(1)光是一种电磁波,与声波一样都能发生衍射现象,只是光的波长太小,衍射现象很不明显。
(2)缝或障碍物的尺寸一定时,可增大波长来使衍射现象更明显;波长一定时,可减小缝或障碍物的尺寸来使衍射现象更明显。
知识链接:衍射现象总是存在的,只是有明显和不明显的差异。
主题2:波的叠加
情景:做一做课本“演示”中波的叠加的实验,在一根水平绳两端分别同时抖动一下,形成一大一小两个相向运动的波形。
问题:(1)这两个波形在绳上传播的速率是否相等?你怎么确定的?
(2)说说这两个波形相遇时和相遇后的情况。
(3)说说生活中你看到或认识到的其他波相遇的情况。
(4)两列波叠加时,质点的总位移是不是一定变大?
解答:(1)相等;两端同时抖动,看看两个波形是不是在绳子的中点相遇。
(2)两个波形相遇时,波形发生叠加,形成一个更高的波,此后又各自继续向前传播。
(3)生活中的水波、声波、光波相遇后都各自继续向前传播。
(4)不一定。总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小。两列同相波叠加,振动加强,振幅增大(如图甲所示);两列反相波叠加,振动减弱,振幅减小(如图乙所示)。
知识链接:波的叠加不需要条件,在两列波叠加时,质点的位移是每列波单独传播时引起的位移的矢量和。
主题3:波的干涉
情景:做一做课本“演示”中水波干涉的实验,并仔细观察课本中“波的干涉示意图”,回答下列问题。
问题:(1)你认为决定这个演示实验成功的关键因素是什么?
(2)观察到的实验现象是怎样的?
(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些,实验中形成的两列波最好还具备哪一个相同的物理量?
(4)如图所示,音叉由两个完全相同的叉股组成,当我们用音锤敲一个叉股时,两个叉股都会振动,并发出声音。请拿一个音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,仔细听听声音的变化,说说听到的情况并做出解释。
解答:(1)两个波源固定在同一个振动片上,能够形成两列频率和振动方向都相同的水波。
(2)水面上出现了一条条相对平静的区域和振动激烈的区域,这两个区域在水面上的位置是稳定不变的,即形成波的干涉图样。
(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些,两列波最好还具备相同的振幅。
(4)音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,会听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现象。两个完全相同的叉股发出的声音频率相同,音叉转动相当于人围绕音叉转,耳朵的位置时而处在振动加强的区域,时而处在振动减弱的区域。
知识链接:若两波源振动步调相同,某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍时振动减弱,为半波长的偶数倍时振动加强。
1.(考查产生明显衍射现象的条件)以下关于波的衍射的说法中正确的是()。
A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象
B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显
C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显
D.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
【解析】凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象。
【答案】C
【点评】任何波都存在衍射现象,只是有明显和不明显的差异,缝或障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时,能发生明显的衍射现象。
2.(考查波的干涉现象)下列现象属于波的干涉现象的是()。
A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音
B.将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音
C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音
D.一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音
【解析】A为声波的反射现象,B为声波的干涉现象,C为声波的衍射现象,D 是因为声波通过空气和钢管传播的速度不一样造成的,所以选项B正确。
【答案】B
【点评】干涉现象是振动加强与振动减弱的区域互相间隔且分布稳定的现象。
3.(考查波的干涉特征)两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,以下关于干涉的说法中不正确
．．．的是()。
A.两列波的频率一定相等
B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的
C.振动加强区与振动减弱区交替变化
D.振动加强区在空间的位置一直不变
【解析】发生干涉现象时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的区域总是加强,减弱的区域总是减弱,故C选项说法是不正确的。
【答案】C
【点评】波的干涉现象中,振动加强区与振动减弱区的分布是稳定的。
4.(考查干涉图样)两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示,其波峰用实线表示,波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示,在两列波相遇的空间中有M、N、Q、K四点,则振动加强的点是,振动减弱的点是。
【解析】当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时,振动加强。当波峰和波谷叠加时,振动减弱。在图中M点为波峰和波峰叠加,振动加强,N、Q点为波谷和波谷叠加,振动加强,K点是波峰和波谷叠加,振动减弱。
【答案】M、N、Q K
【点评】对于两相干波源,当波峰和波峰相遇或波谷和波谷相遇时,说明该点处于加强区;当波峰和波谷相遇时,说明该点处于减弱区。
拓展一:发生明显衍射现象的条件
1.图示是观察水波衍射的实验装置,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,则对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是()。
A.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
【分析】观察题中所绘的图,AB宽度与水波波长相差不多,能产生明显的衍射现象。在同一介质中,频率不变,波长也不变。
【解析】从图中可以看出,孔的大小与波长相差不多,故能够发生明显的衍射现象,A选项正确;由于在同一均匀介质中,波的传播速度没有变化,波的频率是
一定的,又根据λ=可知波长λ没有变化,所以B选项正确;当孔扩大后,发生明显衍射的条件将可能被破坏,故C选项正确;如果孔的大小不变,使波源频率增大,则波长减小,孔的尺寸将比波长大,失去发生明显的衍射现象的条件,因此D选项不正确。
【答案】ABC
【点拨】衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象,衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异,障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象能否明显表现的条件。
拓展二:对干涉图样的认识
2.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。关于图中所标的a、b、c、d四质点,下列说法中正确的是()。
A.该时刻a质点振动最弱,b、c质点振动加强,d质点振动既不是最强也不是最弱
B.该时刻a质点振动最弱,b、c、d质点振动都最强
C.a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.再过时间,a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置,因此振动最弱
【分析】本题考查对波的干涉图样的认识。振动加强点始终振动加强,振动减弱点始终振动减弱,而且振动加强点与振动减弱点互相间隔,还要注意振动加强或减弱是指振幅的变化而不是位移。
【解析】该时刻a质点振动最弱,b、c质点振动最强,这不难理解。但是d 既不是波峰和波峰叠加,也不是波谷和波谷叠加,如何判定其振动强弱?这就要用到“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动加强的结论,从图中可以看
出,d是S1、S2连线的中垂线上的一点,到S1、S2的距离相等,所以必然为振动加强点。
【答案】BC
【点拨】描述振动强弱的物理量是振幅,而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的,但振幅是保持不变的,所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷,振动始终是最强的;同理,振动最弱的点始终是最弱的。
一、物理百科
声波的衍射
许多人可能都有这样的体验,当我们听自己说话的录音时,会感到与我们平时说话时所听到的自己的声音有很大的不同,但听别人讲话的录音时就没有这种感觉。这种现象显然不是录音失真造成的,而是与波的衍射有关的一种物理现象造成的。
在家里自制一个简单的波检测器就可以观察到波的衍射现象。声音从人的声带传到说话人的耳朵所涉及的物理过程相对来说是比较明显的,其主要机理就是波的衍射,或者叫波的“绕射”现象。当波在传播的路径上遇到障碍,或者遇到带孔隙的隔板时,在特定的条件下就会发生衍射。我们说话时声带发出的声音就是这样经口、面颊、耳廓传到耳朵,使声音的直线传播发生改变。当我们的声音从
外部声源直接到达我们的耳朵时,比如从扬声器或由耳机直接送入时,这种机理就完全不起什么作用了。
二、备用试题
1.下列情况中不能
．．发生明显衍射的是()。
A.障碍物或孔的尺寸与波长相等
B.障碍物或孔的尺寸比波长小
C.障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多
D.波长比障碍物或孔的尺寸小得多
【解析】发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多,所以当波长比障碍物或孔的尺寸小得多时不能发生明显衍射现象。
【答案】D
2.如图所示,S是波源,M、N是两块挡板,其中M板固定,N板可以左右移动,两板中间有一狭缝,此时A点没有明显振动,为了使A点能发生明显振动,可采用的方法是()。
A.增大波源的频率
B.减小波源的频率
C.将N板向右移
D.将N板向左移
【解析】A点要发生明显振动,就是要出现明显的衍射现象,而发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小或者跟波长差不多,当狭缝距离不变时,必须增大波长,而v是一定的,由v=fλ可知,要增大λ则需要减小f,故B正确。当波长λ不变时,将N板左移,使狭缝距离d减小,也能产生明显衍射,故D 正确。故本题应选B、D。
【答案】BD
3.下列关于干涉和衍射现象的说法正确的是()。
A.两列波在介质中叠加一定产生干涉现象
B.因衍射是波特有的特征,所以波遇到障碍物时一定能发生明显衍射现象
C.叠加规律适用于一切波
D.只有频率相同的两列波叠加才能产生稳定的干涉现象
【解析】频率相同是产生干涉的必要条件,故A选项错误,D选项正确;一切波在任何条件下都会发生衍射现象,但只有障碍物的尺寸与波长相差不多,或比波长小,衍射现象才能明显,故B选项错误;波的叠加没有条件限制,故C选项正确。
【答案】CD
4.如图所示,沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等,当它们相遇时可能出现的波形是图中的()。
【解析】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)重叠的区域内所有的质点振动的合位移为零,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加强,所以选项C也是正确的。
【答案】BC
1.已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波:①周期为 s,②频率为104Hz,③波长为10 m,它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物,能产生显著的衍射现象的是()。
A.①和②
B.②和③
C.①和③
D.都可以
【解析】①②③三种声波的波长分别为λ1=340× m=17 m,λ2= m=0.034 m,λ3=10 m,根据发生明显衍射现象的条件可知,①③两声波的波长与障碍物的尺寸差不多,能产生明显的衍射现象,故C正确。
【答案】C
2.两列波叠加时,关于介质中的任一质点的振动,下列说法正确的是()。
A.它的周期一定是两分振动周期之和
B.它的频率一定是两分振动频率之和
C.它的振幅一定是两分振动振幅之和
D.它的位移一定是两分振动位移之和
【解析】两列波叠加时,振动的周期和频率不一定等于两者之和。例如,频率相同的两列波叠加,某点的振动频率可能等于每列波的频率,也可能不振动,A、B 不对。某点的振幅可能等于两列波的振幅之和,也可能等于两列波的振幅之差,但位移一定是两分振动的位移之和,D正确。
【答案】D
3.一列水波通过某孔的实际情况如图甲所示,现把孔的尺寸变小,或者把水波的波长变大,对水波通过孔后的假想情况的四幅图(如图乙所示)中,其假想错误
．．的图示有()。
【解析】由发生明显衍射现象的条件知,波长不变,孔变小时衍射现象变明显,故A正确,B错误;当孔不变、波长变大时衍射现象变明显,故C正确,D错误。
【答案】BD
4.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的振源,在AB连线的中垂线上有a、b、c三个质点,已知某时刻,a质点处是两列波的波峰的相遇点,c质点处是与a质点处波峰相邻的两列波的波谷的相遇点,b质点处为a、c两质点所在处的中点,则以下说法正确的是()。
A.a质点是振动加强点,c质点是振动减弱点
B.a质点与c质点都是振动加强点,b质点是振动减弱点
C.a质点与c质点此时刻是振动加强点,经过一段时间后变成振动减弱点,而b质点可能变成振动加强点
D.a、b、c质点都是振动加强点
【解析】在A、B的垂直平分线上的所有的点到A、B的路程差都等于0,因此都是振动加强点,故D选项正确。
【答案】D
5.一个波源在绳的左端发出半个波①,频率为f1,振幅为A1;同时另一个波源在绳的右端发出半个波②,频率为f2,振幅为A2,P为两波源的中点,由图可知,下列说法中错误
．．的是()。
A.两列波同时到达两波源的中点P
B.两列波相遇后,P点波峰值可达A1+A2
C.两列波相遇时,各自仍保持原来的波形独立传播
D.两列波相遇时,绳上波峰可达A1+A2的点只有一个,此点在P点的左侧
【解析】因两列波在同一介质(绳)中传播,所以波速相同,由图可知λ1>λ2,说明它们的波峰离P点距离不等,波同时传至P点,但波峰不会同时到P点,所以
P点波峰值小于A
1+A
2
,两列波波峰能同时传到的点应在P点左侧,所以A、D正确,B
错误;又由于波具有独立性,互不干扰,所以C正确。
【答案】B
6.如图所示,S是水面波的波源,x、y是挡板,S1、S2是两个狭缝(SS1=SS2,狭缝的尺寸比波长小得多),试回答以下问题:
(1)若闭上S1,只打开S2会看到什么现象?
(2)若S1、S2都打开,会发生什么现象?
(3)若实线和虚线分别表示波峰和波谷,那么在A、B、C、D各点中,哪些点振动加强,哪些点振动减弱?
【解析】(1)只打开S2时,波源S产生的波传播到狭缝S2时,由于狭缝的尺寸比波长小,于是水面波在狭缝S2处发生衍射现象,水面波以狭缝S2所在处为波源向挡板另一侧传播开来。
(2)由于SS1=SS2,所以从波源发出的水波传播到S1、S2处时它们的振动情况完全相同,当S1、S2都打开时产生相干波,它们在空间相遇时产生干涉现象,一些地方振动加强,一些地方振动减弱,加强区与减弱区相互隔开,发生明显的干涉现象。
(3)质点D是波峰与波峰相遇处,是振动加强点;质点B是波谷与波谷相遇处,也是振动加强点,质点A、C是波峰与波谷相遇的地方,这两点是振动减弱点。
【答案】(1)水面波以狭缝S2所在处为波源向挡板另一侧传播开来(2)发生明显的干涉现象(3)B、D A、C
7.两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则()。
A.在两波相遇的区域中会产生干涉
B.在两波相遇的区域中不会产生干涉
C.a点的振动始终加强
D.a点的振动始终减弱
【解析】由图知,两列波的波长不相等,不满足波的干涉条件,故B正确,A、C、D错误。
【答案】B
8.由两个完全相同的波源S1与S2发出的两列波在某时刻的情况如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,下列说法正确的是()。
A.处于波谷与波谷相遇处的质点振动一定最弱
B.处于波峰与波峰相遇处的质点振动一定最强
C.振动最强质点的位移始终最大,大小为每一列波振幅的2倍
D.振动最弱的质点除了该时刻处于波峰与波谷的交点外,没有其他质点
【解析】波谷与波谷相遇的质点和波峰与波峰相遇的质点振动一定最强,振动最强的质点仍然在振动,位移也会为零,振动减弱的点可能处于它振动的波峰,也可能处于它振动的波谷,选项B正确。
【答案】B
9.两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播,t=0时刻的波形图如图所示,小方格的边长为0.1 m,则以下不同时刻,波形正确的是()。
【解析】脉冲波在介质中传播,x=vt,当t=0.3 s时,两脉冲波各沿波的传播方向传播0.3 m,恰好相遇,故A正确。当t=0.4 s、0.5 s、0.6 s时,两脉冲波各沿波的传播方向传播0.4 m、0.5 m、0.6 m,由波的叠加原理知B、D正确,C
错误。
【答案】ABD
10.如图所示,两列简谐波均沿x轴传播,传播速度大小相等,其中一列沿x轴正方向传播(如图中实线所示),一列沿x轴负方向传播(如图中虚线表示),这两列波的频率相同,振动方向沿y轴,则图中x=1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x= 的点,振幅最小的是x= 的点。
【解析】在图示时刻,两列波引起各质点振动的位移之和都为零,但其中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且振幅为零。对
x=4处的质点,两列波均使该质点从平衡位置向上运动,是同向叠加的,即振幅可以达到两列波分别引起的振幅之和,同理,x=8处的质点也是同向叠加,是加强点;而x=2和x=6处质点则为反向叠加,即为振幅最小点。
【答案】4、82、6
11.二人分别乘两只船在湖中钓鱼,两船相距24 m,有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动10次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有一个波峰,则此水波的波长为多少?波速为多少?若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象?
【解析】本题主要考查了两个知识点:一是如何根据物理情景,求出描述波的物理量;二是发生明显衍射现象的条件。根据甲船和乙船的位置可判定出波长,根据每只船每分钟上下浮动的次数可知道波的周期。由题意知:T= s=6 s,设波长为λ,则24 m=λ+,λ=16 m,所以v== m/s= m/s。由于λ=16 m大于竖立电线杆的直径,所以当此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。
【答案】16 m m/s会发生明显的衍射现象
12.如图所示,在x轴上A、B为振动情况相同的波源,同时向同一方向振动,相距3 m,振幅为0.05 m,两列波波长都为2 m,问:
(1)x轴上坐标为1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m处质点的振幅各是多少?
(2)若波速为5 m/s,则2.5 m处的质点F在0.8 s内通过的路程为多少?
【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,出现稳定的干涉图样,某些区域内质点振动总是加强或总是减弱,介质中质点振动是加强还是减弱取决于该点到两波源的路程差Δs,如果路程差为波长λ的整数倍,该点的振动是加强的;如果路程差是半波长的奇数倍,该点的振动
是减弱的,若两波源的振幅相等,则这些质点的振幅为零。
(1)C点和E点到A、B的路程差为:Δs C=CB-CA=(2.0-1.0)m=1.0
m=,Δs E=EA-EB=(2.0-1.0)m=1.0 m=,即C、E两点的振动是减弱的,两列波在这两点引起的振动方向总是相反,所以C、E两质点的振幅为零。
=DA-DB=(1.5-1.5)
D点和F点到A、B的路程差分别为:Δs
D
m=0,Δs F=FA-FB=(2.5-0.5) m=2 m=λ,即D、F两点的振动是加强的,两列波在这两处所引起的振动方向总是相同,所以D、F两质点的振幅为A=2×0.05 m=0.1 m。
(2)周期T== s=0.4 s,经Δt=0.8 s=2T,由于F点的振动总是加强的,振幅
A=0.1 m,因此在0.8 s内质点F通过的路程为s=8A=0.8 m。
【答案】(1)00.1 m 0 0.1 m (2)0.8 m
波的干涉与衍射教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
波的干涉与衍射 三维目标： 知识与技能： 1．通过绳子上相向传播的两列波的传播过程,并通过对相遇区域质点的振动分析,认识波的叠加原理。 2．知道波的干涉现象、干涉图样及波的干涉条件。 3．知道波的衍射现象以及发生明显衍射的条件。 过程与方法: 1．分析相向传播的两列波的传播过程，尤其是相遇区域的质点的振动情况，从中得出波的叠加原理。 2．通过对波的干涉图样的分析，知道振动加强区域和振动减弱区域的特点，从而加深对干涉现象的理解。 情感态度与价值观: 通过共同分析，得出结论，培养学生科学探究能力，用科学的眼光认识世界，激发学生观察和认识周围现象的兴趣，树立良好的世界观、价值观。 教学重点: 1．通过绳子上相向传播的两列波的传播过程,并通过对相遇区域质点的振动分析,认识波的叠加原理。 2．波的干涉概念以及对波的干涉图样中振动加强点和减弱点的分析。 1
3．波的衍射现象及发生明显衍射的条件。 重点难点: 想象波的传播的动态过程，了解波的干涉情景，理解波的干涉的规律和条件。 教学方法: 演示法、讲授法 教学过程 新课教学 一．波的叠加原理： 计算机模拟实验：两列相向传播的机械波相遇。（要求学生注意观察相遇前，相遇时和相遇后波的传播情况。） 1.独立性 几列波相遇时能保持各自的特性（频率、波长、振动方向）继续传播，互不影响。 2.叠加性 在相遇区域内，介质的质点同时参与几列波引起的振动，任一质点的位移是各列波单独存在时在该质点引起位移的矢量和。 引出新问题：如果相向传播的两列波频率相同，则叠加的结果就会出现一种奇特的现象，这就是波的干涉现象。 2
《波的干涉和衍射》高中物理优秀教案 1、知识与技能 （1）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉条件、干涉现象和干涉图样； （1）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； （2）知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。 2、过程与方法： 3、情感、态度与价值观： 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。 波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。
（1）波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。 哪些现象是波的衍射现象？（在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播。） 实验：下面我们用水波槽和小挡板来做，请大家认真观察。 现象：水波绕过小挡板继续传播。将小挡板换成长挡板， 重新做实验： 现象：水波不能绕到长挡板的背后传播。这个现象说明发生衍生的条件与障碍物的大小有关。 （2）衍射现象的条件 演示：在水波槽里放两快小挡板，当中留一狭缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。 第一、保持水波的波长不变，该变窄缝的宽度（由窄到宽），观察波的传播情况有什么变化。观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长
相差不多的情况下，发生明显的衍射现象。水波绕到挡板后面继续传播。（参见课本图10-26甲） 在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了“阴影区”。（参见课本图10-26乙） 第二、保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长（由小到大），将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。可以看到：在窄缝不变的情况下，波长越长，衍射现象越明显。 将课本图10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它们是做衍射实验时拍下的照片。甲中波长是窄缝宽度的3/10，乙中波长是窄缝宽度的5/10，丙中波长是窄缝宽度的7/10。 通过对比可以看出：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象。 窄缝宽度比波长大得多时，衍射现象越不明显。窄缝宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。
第4节波的衍射和干涉 1.波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。 2．发生明显衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺 寸跟波长差不多，或者比波长小。 3．波的干涉是指频率相同的两列波叠加，使某些区 域的振幅加大，某些区域的振幅减小。
一、波的衍射 1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。 2．两种衍射现象 (1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图12-4-1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。 图12-4-1 当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。 (2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。 3．发生明显衍射现象的条件 只有当缝、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，才能观察到明显的衍射现象。 二、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，介质中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位移的矢量和。图12-4-2表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。 2．波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。 两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图12-4-2所示) 两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图12-4-3所示) 图12-4-2图12-4-3 三、波的干涉 1．定义 频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。 2．稳定干涉条件 (1)两列波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 3．干涉的普遍性 一切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。
高二物理教案：波的干涉和衍射 第三节波的干涉和衍射 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉条件、干涉现象和干涉图样； （1）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； （2）知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。 2、过程与方法： 3、情感、态度与价值观： 教学重点：波的叠加原理、波的干涉条件、干涉现象和干涉图样、波发生明显衍射现象的条件。 教学难点：波的干涉图样 教学方法：实验演示 教学教具：长绳、发波水槽（电动双振子）、音叉 （一）引入新课 大家都熟悉"闻其声不见其人"的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。 （二）进行新课 波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。
1.波的衍射 （1）波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。 哪些现象是波的衍射现象？（在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播。）实验：下面我们用水波槽和小挡板来做，请大家认真观察。 现象：水波绕过小挡板继续传播。将小挡板换成长挡板， 重新做实验： 现象：水波不能绕到长挡板的背后传播。这个现象说明发生衍生的条件与障碍物的大小有关。 （2）衍射现象的条件 演示：在水波槽里放两快小挡板，当中留一狭缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。 第一、保持水波的波长不变，该变窄缝的宽度（由窄到宽），观察波的传播情况有什么变化。观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象。水波绕到挡板后面继续传播。（参见课本图10-26甲） 在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了"阴影区"。（参见课本图10-26乙）
高中物理选修3-4 第十一章机械振动 0 11.1 简谐运动 0 11.2 简谐运动的描述 (2) 11.3 简谐运动的回复力和能量 (3) 11.4 单摆 (5) 11.5 外力作用下的振动 (7) 本章章末小结 (8) 第十二章机械波 (9) 12.1 波的形成和传播 (9) 12.2 波的图像 (10) 12.3 波长、频率和波速 (14) 12.4 波的衍射和干涉 (16) 12.5 多普勒效应 (18) 本章章末小结 (20) 第十三章光 (20) 13.1 光的反射和折射 (20) 13.2 实验测定玻璃的折射率 (21) 13.3 全反射 (25) 13.4 光的干涉 (26) 13.5 实验：用双缝干涉测量光的波长 (29) 本章章末小结 (28) 13.6 光的衍射 (29) 13.7 光的偏振 (30) 13.8 光的颜色色散 (31) 13.9 激光 (33) 高二物理组
第十一章机械振动 11.1 简谐运动 1．下列说法中正确的是( ) A．弹簧振子的运动是简谐运动 B．简谐运动就是指弹簧振子的运动 C．简谐运动是匀变速运动 D．简谐运动是机械振动中最简单、最基本的一种 2．简谐运动是下列哪一种运动( ) A．匀变速运动 B．匀速直线运动 C．非匀变速运动 D．匀加速直线运动 3．如图，当振子由A向O运动时，下列说法中正确的是( ) A．振子的位移在减小 B．振子的运动方向向左 C．振子的位移方向向左 D．振子的位移大小在增大 4．一质点做简谐运动，如图所示，在0.2s到0.3s时间内质点的运动情况是 A．沿负方向运动，且速度不断增大 B．沿负方向运动，且位移不断增大 C．沿正方向运动，且速度不断增大 D．沿正方向运动，且加速度不断减小 5．如图(a)，一弹簧振子在AB间做简谐运动，O为平衡位置，如图(b)是振子做简谐运动时的位移—时间图象．则关于振子的加速度随时间的变化规律．下列四个图象中正确的是 6．下图为质点P在0～4s内的振动图象，下列叙述正确的是( ) A．再过1s，该质点的位移是正向最大 B．再过1s，该质点的速度方向为正向 C．再过1s，该质点的加速度方向为正向 D．再过1s，该质点的速度最大 7.如图所示，是一水平弹簧振子做简谐运动的振动图象(x－t图)．由图可推断，振 动系统( ) A．在t1和t3时刻具有相同的速度 B．在t3和t4时刻具有相同的速度 C．在t4和t6时刻具有相同的位移 D．在t1和t6时刻具有相同的速度 8、如图所示是某质点做简谐运动的振动图象，根据图象中的信息，回答下列问题：质点在第2s末的位移是多少？质点在第2s内的位移是多少？在前4s内的路程是多少？ 1
第四节波的干涉和衍射教学设计 青铜峡市高级中学李荣英 学生分析 学生已经学过运动和力等矢量的合成分解，以及振动和波的基础知识；学生在平常的学习和生活中已经接触到过少量的、较复杂的、不明显的干涉现象或类似干涉现象。教学目标 1、知识与技能 （1）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； （2）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象、干涉图样和波的干涉条件； （3）知道波的衍射现象、干涉现象都是波所特有的现象。 2、过程与方法：通过实验，培养学生的鉴别能力、观察能力、分析推理能力 3、情感、态度与价值观：通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的 科学态度；通过全对波的叠加与干涉现象的研究，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯，了解物理知识与现实生活的密切关系。 教学重点：波发生明显衍射现象的条件：波的叠加原理；波的干涉现象和干涉图样中加强点和减弱点的分析；波的干涉条件。 教学难点：波的干涉条件的理解 教学方法：实验演示 教学准备：多媒体课件、发波水槽（电动双振子）、音叉 教学过程： （一）引入新课 教师：生活中有这样一种现象，一学生在门外喊报告。提问：谁的声音？看到人了吗？为什么能听到声音却看不到人？ 学生：思考，回答。 教师：引导说明声波可以绕过障碍物继续传播，而光波为什么不能？通过下面的学习后我们再来解释。今天我们学习12.4波的衍射和干涉。 （二）进行新课 一．波的衍射 教师：刚才我们提到声波绕过障碍物继续传播，生活中微风激起的水波遇到小石芦苇等细小障碍物，会绕过它们继续传播，我们把这种现象叫波的衍射。下面我们观察一个实验。 演示实验:在发波水槽里放两块挡板中间留一个缝观察水波通过狭缝后的情况，改变缝宽再观察。 模拟实验：由于实验现象不明显让我们看模拟实验来分析 教师提问引导学生的观察点：观察下面几个实验，有没有衍射现象发生？学生对比观察思考回答。 实验现象分析：水波经过大孔后，可近似地看作是“直进”的，但边沿是模糊的，不像刀切的那么齐——有衍射现象．正如太阳光从窗户射进来，粗略地看明暗界线是分明的，窗框的影子很整齐；但是仔细去观察影子的边缘时，就会看到模糊的，明暗界线不是像刀切一般地齐．它们的区别是小孔发生了明显衍射。那么发生明显衍射的条件是什么？与什么因素有关？ 图片对比分析：哪个图发生了明显的衍射？ 实验结论：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，才能观察到明显的衍射现象。
12.4 波的衍射和干涉习题 1．波的衍射 (1)波的衍射现象 首先观察水槽中水波的传播：圆形的水波向外扩散，越来越大。然后，在水槽中放入一个不大的障碍屏，观察水波绕过障碍屏传播的情况。 波绕过障碍物的现象，叫做波的衍射。 再引导学生观察：在水槽中放入一个有孔的障碍屏，水波通过孔后也会发生衍射现象。 看教材中的插图，解释“绕过障碍物”的含义。 (2)发生明显波的衍射的条件 ①在不改变波源的条件下，将障碍屏的孔由较大逐渐变小。可以看到波的衍射现象越来越明显。 由此得出结论：障碍物越小，衍射现象越明显。 ②可能的话，在不改变障碍孔的条件下，使水波的波长逐渐变大或逐渐变小。可以看到，当波长越小时，波的衍射现象越明显。 由此得出结论：当障碍物的大小与波长相差不多时，波的衍射现象较明显。 小结：发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的大小比波长小，或者与波长相差不多。 波的衍射现象是波所特有的现象。 在生活中，可遇到的波的衍射现象有：声音传播中的“隔墙有耳”现象；在房间中可以接受到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。 教师在线 例1．一列水波穿过小孔产生衍射现象，衍射后水波的强度减弱是因为（） A、水波的波长增大 B、水波的周期增大 C、水波的频率减小 D、水波的振幅减小 例2．如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有狭缝。 此时，测得A点没有振动，为了使A点发生振动，可采用的方法是（） A、增大波源频率 B、减小波源频率 C、将N板向上移动一些 D、将N板向下移动一些
同步训练Array 1．如图所示是观察水面波衍射的试验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O 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）之间距 离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（） A．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 C．如果将孔AB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，能更明显地观察衍射现象 2．如图是不同频率地水波通过相同地小孔所能到达区域地示意图，情况中水波地频率最大； 情况中水波地频率最小。 a b c 3．将一只小瓶立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕进的现象，激发水波的振子振动频率大写 好还是小些好？为什么？ 4．下列说法中正确的是（） A．衍射是一切波特有的现象B．对同一列波，障碍物或小孔越小衍射越明显 C．听到回声是声波的衍射现象D．听到回声是共鸣现象 5．一列水波穿过小孔产生衍射现象，衍射后水波的强度减弱是因为（） A．水波的波长增大B．水波的周期增大C．水波的频率减小D．水波的振幅减小 6．在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz，水波在水槽中传播速度为0.05m/s，为使 实验效果更明显，使用小孔直径d应为m 。
2.3波的干涉和衍射 授课人：陈小燕授课时间：2011.3.24 授课班级：高二（3）班 教学目标： 1.知道波的叠加原理. 2.知道什么是波的干涉现象和干涉图样. 3.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； 4.知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。 教学重点：波的叠加原理和波的干涉现象，以及波发生明显衍射现象的条件。 教学难点：波的干涉图样 教学方法：实验演示法、电教法、训练法. 教学用具：多媒体课件 教学过程： 一、新课引入 ［设问］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？ ［学生回答］两球会反弹 ［进一步设问］两列波在传播过程中相遇，会发生什么现象？ 二、新课教学 (一)波的叠加原理 ［多媒体模拟绳波相遇前和相遇后的波形］ ［教师总结］两列波相遇后，每列波都像相遇前一样，保持各自原来的波形，继续向前传播，这是波的独立传播特性. ［教师］刚才，通过动画模拟实验的演示，我们知道了两列波在相遇前后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响，那么在两列波相遇的区域里情况又如何呢？ ［多媒体模拟绳波相遇区的情况］
［教师总结］在两列波重叠的区域里，任何一个质点同时参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和.当两列波在同一直线上振动时，这两种位移的矢量和简化为代数和，这叫做波的叠加原理. ［强化训练］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？ 学生讨论后得到：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. (二)波的干涉 ［投影演示水槽中水波的干涉］把两根金属丝固定在同一个振动片上，当振动片振动时，两根金属丝周期性地触动水面，形成两个波源，观察在两列波相遇重叠的区域里出现的现象. ［教师说明］由于这两列波是由同一个振动片引起的，所以这两个波源的振动频率和振动步调相同. ［学生叙述现象］在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开. 两列频率相同的水波相遇，会出现振动加强和振动减弱相互间隔的现象，形成稳定的干涉图样。 ［教师］干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉。干涉图样：在干涉现象中形成的图样叫干涉图样。由于两列波的频率相同，振动加强处总是加强，振动减弱处总是减弱，所以出现了稳定的干涉图样。 ［用多媒体展示课本水波的干涉图样及波的干涉的示意图］ ［教师］为什么会出现这种现象呢？ ［用多媒体课件解释振动加强区和振动减弱区的形成过程：利用波面的概念和波的叠加原理解释干涉形成的原因］ 得到结论如下： 1、振动加强区的形成 在水面上的某一点，如果在某一时刻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．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，振动的振幅等于两列波的振幅之和，故该点始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈． 2、振动减弱区的形成 在水面上的某一点，如果在某一时刻是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇。在这一点，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，两列波引起的振动始终是减弱的，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静． 注意： （1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱． （2）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），因为位移是在时刻变化的．产生干涉的条件：两列波的频率相同。 ［说明］ 1.干涉现象中那些总是振动加强的点或振动减弱的点是建立在两个波源产生的频率相同的前提条件下.
第4节波的衍射和干涉 1．理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。 2．知道波的独立传播特点，理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果。 3．知道波的干涉图样的特点，理解波形成稳定干涉图样的条件，知道振动加强点、减弱点的振动情况。 一、波的衍射 1．定义：波□01绕过障碍物继续传播的现象。 2．实验及现象 (1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留个□02狭缝。 (2)现象 ①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿□03直线传播一样，挡板后面产生一个□04阴影区。 ②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：波□05绕到挡板后面继续传播。 3．发生明显衍射的条件 缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长□06相差不多，或者□07比波长小。 4.□08一切波都能发生衍射，衍射是波□09特有的现象。 二、波的叠加 1．波的独立性原理 两列波相遇后彼此穿过，仍然□01保持各自的□02运动特征，继续传播。 2．波的叠加原理 在几列波重叠的区域里，介质的质点□03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位移的□04矢量和。如图所示。
三、波的干涉 1．定义：□01频率相同的两列波叠加时，某些区域的□02振幅加大、某些区 域的□03振幅减小的现象。 2．稳定干涉的必要条件 (1)两列波的频率必须□04相同。 (2)两个波源的相位差必须□05保持不变。 3．干涉的普遍性：□06一切波都能够发生干涉，干涉是□07波特有的现象。 判一判 (1)在操场上不同位置听到学校喇叭声音的大小不同，是声波的干涉现象。() (2)两列频率不同的水波不能发生波的干涉现象。() (3)不是所有的两列波之间都能发生干涉。() 提示：(1)×(2)√(3)√ 想一想 (1)当障碍物的尺寸比波长大时，不能发生衍射现象，对吗？ 提示：错。障碍物尺寸比波长大时，也能发生衍射现象，只是现象不明显。 (2)在波的干涉中，振动加强的点始终位于波峰吗？ 提示：否。振动加强点的振幅大，而不是始终位于波峰。 课堂任务波的衍射 1．定义 波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。 2．衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象，当波碰到障碍物时，衍
第 27 课时 波的干涉、衍射 多普勒效应（A 卷） 考测点导航 1．波的叠加：几列波相遇时，每列波都能保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只在重叠的区域里，任一质点的总位移等于分别引起的位移的矢量和。 2．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，这些振动加强和振动减弱的区域互相间隔且稳定的现象。 3．振动加强的区域到两列波源的路程差是波长的整数倍，振动减弱的区域到两列波源的路程差是半波长的奇数倍。 4．波的衍射：波能绕过障碍物的现象。能够发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或与波长相差不大 5．多普勒效应：（1）它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象（2）正确区别波源的频率与观察者接受到的频率，观察者接受到的频率与波源和观察者之间的相对运动有关 典型题点击 1．如图27-A-1所示两列波相向传播，当它们相遇时可能出现的波形图是（ ） A ．图b 、c B ．图 a 、b C ．图b 、c 、d D ．图c 、d （该题考查了波的叠加原理， 其合位移是两列波对应位移的矢量和） 2．如图27-A-2所示，水面上有a 、b 、c 三只小船，S 1、S 2是两个步调一致的相干波源，相距9m,它们激起的水波的波长为2m ，三只船与两波源的距离标在图中，则下面的判断中正确的是（ ） A ．b 、c 两船振动加强，a 船振动减弱 B ．a 船振动加强，b 、c 两船振动减弱 C ．若某时刻b 船在波峰，则c 船在波谷 D ．若两相干波的振幅相同，则a 船处于静止状态 （该题考查了出现稳定的干涉条纹的条件，比较某 点到两相干波源的路程差即可） 3．两列振幅和波长都相同而传播方向相反的波（如27-A-3甲图所示），在相遇的某一时刻（如乙图所示），两列波消失， 此时介质中的x 、y 两质点的运动方向是（ ） A ．x 向上，y 向下 B ．x 向下，y 向上 C ．x 、y 都向上 D ．x 、y 都静止 4．关于多普勒效应以下说法错误的是（ ） A ．当波源运动时，波源的频率发生变化 B ．当波源静止而观察者运动时，波源的频率不变，观察者接受到的频率变化 C ．当波源静止观察者向波源运动时，观察者接受到的频率变大 D ．当波源向静止观察者运动时观察者接受到的声波频率变小 （该题考查了多普勒效应产生的原因，根据同一介质中的波速不变可得结论） 新活题网站 一、选择题 1．两固定相同声源发出的波长相等的声波叠加，如果某时刻叠加区域里P 点是两列波的波谷相遇，那么在以后的时间里，P 点的振动（ ） A ．有时加强，有时减弱 B ．经半个周期的奇数倍时加强 C ．始终加强 D ．始终减弱 （振动加强或减弱是指质点振动幅度变大或变小） 2．下列说法中正确的是（ ） A ．火车过桥慢行以使策动力的频率远小于桥的固有频率 B ．一切波都能发生衍射，它不过明显不明显而已 C ．两列相干波在空中相遇，在振动加强区域里质点的位移始终较大 D ．两列相干波在空中相遇，在振动减弱区域里的振动较小 （振动加强区域里的质点是振动的幅度变大，而并不是位移始终最，否则就不振动） 3．如图27-A-4所示两列同频率相干水波在t=0时刻的叠加情况，图中实线 表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为 · · · a b c S 1 S 2 4m 5m 6m 7m 8m 图27-A-2 甲 → ← 图27-A-3 · · x y 乙 图27-A-3 E · · · · A B C D · 图27-A-4 a b c d 图27-A-1
课时12.4波的衍射和干涉 1.通过观察水波的衍射现象,认识衍射现象的特征。知道衍射现象是波特有的现象,知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。 2.了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。 3.知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。 重点难点:波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件;波的叠加原理、波的干涉现象、产生干涉的条件及有关计算。 教学建议:衍射和干涉是波特有的现象,也是学生后面学习光的衍射的基础。对于波的衍射,教学的关键仍在于实验的演示、观察和对实验现象的分析。为了有助于对实验现象的分析和研究,可以在观察真实现象的同时,利用课件进行模拟,以便于使学生对衍射留下更加清晰的印象。在波的干涉学习中,从波叠加的一般原理到满足相干条件下的干涉现象,学生对“波是振动形式的传播”的理解得到加深,其中波的相干条件是学习的难点。 导入新课:泰山佛光是岱顶奇观之一。每当云雾弥漫的清晨或傍晚,游人站在较高的山头上顺光而视,就可能看到缥缈的雾幕上,呈现出一个内蓝外红的彩色光环,这个光环将整个人影或头影映在里面,恰似佛像头上五彩斑斓的光环,故得名“佛光”或“宝光”。你能解释这种现象吗? 1.波的衍射 (1)定义:波可以①绕过障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。 (2)发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长②相差不多,或者比波长③更小时,才能发生明显的衍射现象。
(3)衍射是波特有的现象,故一切波均可发生衍射现象。“闻其声而不见其人”是④声波的衍射。 2.波的叠加 大量的事实和实验表明,几列波相遇时能保持各自的⑤运动特征继续传播,在它们重叠的区域里,介质中的质点同时参与这几列波的振动,质点的位移等于几列波单独传播时⑥引起的位移的矢量和,这就是波的叠加原理。 3.波的干涉 (1)定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的⑦振幅增大,某些区域的⑧振幅减小,这种现象叫作波的干涉。 (2)产生干涉的两个必要条件:一是两列波的⑨频率必须相同;二是两个波源的⑩相位差必须保持不变。 (3)干涉图样的特点:在加强区两列波引起的振动总是相互加强的,振幅等于两列波的振幅之和;在减弱区两列波引起的振动总是相互减弱的,振幅等于两列波的振幅之差。 (4)干涉是波特有的现象,声波、电磁波等一切波都能发生干涉。 1.教材波的衍射的演示中图1 2.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象更明显? 解答:乙图象衍射现象更明显。 2.医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波? 解答:超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接收。 3.波的干涉的示意图中振动加强的区域就是波峰或波谷吗? 解答:振动加强的部分有波峰、波谷、平衡位置等,只是它们的振幅最大。 主题1:波的衍射
波的干涉和衍射教案 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉条件、干涉现象和干涉图样；（1）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； （2）知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。 2、过程与方法： 3、情感、态度与价值观： 教学重点：波的叠加原理、波的干涉条件、干涉现象和干涉图样、波发生明显衍射现象的条件。 教学难点：波的干涉图样 教学方法：实验演示 教学教具：长绳、发波水槽（电动双振子）、音叉 （一）引入新课 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。 （二）进行新课 波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。 1.波的衍射 （1）波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。 哪些现象是波的衍射现象？（在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播。） 实验：下面我们用水波槽和小挡板来做，请大家认真观察。现象：水波绕过小挡板继续传播。将小挡板换成长挡板， 重新做实验： 现象：水波不能绕到长挡板的背后传播。这个现象说明发生衍生的条件与障碍物
的大小有关。 （2）衍射现象的条件 演示：在水波槽里放两快小挡板，当中留一狭缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。 第一、保持水波的波长不变，该变窄缝的宽度（由窄到宽），观察波的传播情况有什么变化。观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象。水波绕到挡板后面继续传播。 在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了“阴影区”。 第二、保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长（由小到大），将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。可以看到：在窄缝不变的情况下，波长越长，衍射现象越明显。 将课本图10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它们是做衍射实验时拍下的照片。甲中波长是窄缝宽度的3/10，乙中波长是窄缝宽度的5/10，丙中波长是窄缝宽度的7/10。 通过对比可以看出：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象。 窄缝宽度比波长大得多时，衍射现象越不明显。窄缝宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。 结论：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，才能观察到明显的衍射现象。一切波都能发生衍射，衍射是波的特有现象。 2、波的叠加 我们有这样的生活经验：将两块石子投到水面上的两个不同地方，会激起两列圆形水波。们相遇时会互相穿过，各自保持圆形波继续前进，与一列水波单独传播时的情形完全一样，这两列水波互不干扰。 3、波的干涉 一般地说，振动频率、振动方向都不相同的几列波在介质中叠加时，情形是很复杂的。我们只讨论一种最简单的但却是最重要的情形，就是两个振动方向、振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。 演示：在发波水槽实验装置中，振动着的金属薄片AB，使两个小球S 1、S 2 同步地上
4波的衍射和干涉 内燃机、通风机、鼓风机、压缩机、燃气轮机在排放各种高速气流的过程中，都伴随有噪声．利用干涉原理制成的干涉型消声器可以降低这种噪声．如图所示为一台干涉型消声器的原理图．试讨论其消声原理． 提示：如果有一列波长为λ的声波，沿水平管道自左向右传播，当入射波达到a处时， 分成两束相干波，它们分别通过r1和r2再在b处相遇．若Δr＝r2－r1恰好等于声波半波长λ 2的 奇数倍，即Δr＝(2k＋1)λ 2时，声波干涉后的合振幅A＝0.这就是说该频率的声能被削弱，从而 达到控制噪声的目的． 考点一波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射． 2．两种衍射现象 (1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波．当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如下图甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显． 当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显． (2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波．当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示．当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显．3．发生明显衍射现象的条件 只有当缝、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，才能观察到明显的衍射现象．
4．正确理解衍射现象 (1)衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象，凡能发生衍射现象的一定是波． (2)衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，没有“不发生衍射”之说． (3)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件． (4)一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象． (5)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到． 5．衍射的成因 波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线方向传播的衍射现象． 【例1】(多选)下列关于波的衍射的说法正确的是() A．衍射是一切波特有的现象 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．声波容易发生衍射现象，由于声波波长较长 【导思】根据波的衍射特点和发生明显衍射的条件去分析． 【解析】衍射是一切波特有的现象，所以A正确，C错误；发生明显衍射是有条件的，只有缝、孔、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B正确；声波的波长在1.7 cm～17 m之间，一般缝、孔、障碍物与之相比都较小，所以声波容易发生衍射，D正确． 【答案】ABD 将一只瓶子立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕过的现象，激发水波的振子的振动频率大些好，还是小些好？为什么？ 答案：见解析 解析：当障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多时，能发生明显的衍射现象，由于瓶子的直径已确定，故水波的振子的波长越长越好，所以，激发水波的振子的振动频率越小越好． 考点二波的叠加 1．波的独立性
高二物理教案:波的干涉 以下是老师为大家整理的关于《高二物理教案:波的干涉》，供大家学习参考！ 一、预习目标 通过预习并且联系生活中的一些实例，达到简单的了解一下波的叠加和干涉，达到感性认识的地步。 二、预习内容 1.在介质中常常有几列波同时传播，例如把两块石子在不同的地方投入池塘的水里，就有两列波在水面上传播．两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，都能改变原来的运动状态呢？ 2.预习完毕后，用自己的语言描述一下波的叠加这现象。 3.什么叫做波的干涉，两列波发生干涉的条件是什么啊？ 4.用自己的话说一说波的叠加和波的干涉的关系。 三、提出疑惑 同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中
疑惑点疑惑内容 课内探究学案 一、学习目标 (1).知道波的叠加原理. (2).知道什么是波的干涉现象和干涉图样. (3).知道干涉现象也是波特有的现象. 二、学习过程 1、波的叠加 【演示】在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，就分别有两个凸起状态1和2在绳上相向传播．(参见课本图10－28)我们可以看到，两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响． 仔细观察两列相遇的水波，也可以看到两列水波相遇后，彼此穿过，仍然保持各自的运动状态继续传播，就像没有跟另一列水波相遇一样． (1)．位移特点 当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两个分运动，在任一时刻，第一列波使某个质点a振动所产生的位移是x1，第二列波同时使质点a振动所产生的位移是x2，则质点a的位移就是这两列波分别产生的位移的矢量和． 如果位移x1，x2的方向相同，则质点a的振动位移的大小为X= 方向与。
第十二章机械波 选修3-4 12、４波得衍射与干涉 【自主预习】 1.波可以___＿____障碍物继续传播,这种现象叫做波得衍射.衍射就是波__＿＿_＿__得现 象._____＿___＿都能发生衍射现象,只就是有得明显,有得不明显而己.波得直线传播只 就是在衍射不明显时得近似. 2.只有当缝、孔得宽度或障碍物得尺寸跟波长_＿＿＿____＿_______，或者___＿__＿_________ 时,才能观察到明显得衍射现象. ３.几列波相遇时能够保持各自得___＿____＿_＿_____,继续传播,即各自得波长、频率等___＿_＿___＿____＿_.几列波相遇时,在它们重叠得区域里，介质得质点同时参与这几列波引起得振动，质点得位移等于几列波单独传播时引起得位移得＿_____＿___,这就就是波得叠加. 4.频率相同得两列波叠加时,某些区域得___＿＿__＿＿____＿_＿、某些区域得 __＿__＿＿＿＿＿____＿_,这种现象叫做波得干涉.产生干涉得两个必要条件:两列波得频率必须________,两个波源得相位差必须______＿__＿＿____＿．一切波都能发生干涉，干涉也就是波所_＿______得现象. 5.关于波得衍射现象，下列说法中正确得就是(） 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.下列现象属于波得衍射现象得就是（） A.在空旷得山谷里喊叫,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夏日得雷声有时轰鸣不绝 ７.关于波得叠加与干涉,下列说法中正确得就是(） A．两列频率不相同得波相遇时,因为没有稳定得干涉图样,所以波没有叠加 B.两列频率相同得波相遇时，振动加强得点只就是波峰与波峰相遇得点 C.两列频率相同得波相遇时，介质中振动加强得质点在某时刻得位移可能就是零 D.两列频率相同得波相遇时，振动加强得质点得位移总就是比振动减弱得质点得位移大【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与 4.振幅加大振幅减小相同保持不变特有 5.D[衍射现象就是波在传播过程中所特有得特征,没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象,只就是有得明显,有得不明显,故Ｄ正确．] 6.B 7.C[两列波相遇时一定叠加,没有条件,A错;振动加强就是指振幅增大,而不只就是波峰与波峰相遇,B错;加强点得振幅增大,仍然在自己得平衡位置两侧振动,故某时刻位移x可以就是振幅范围内得任何值,Ｃ正确,Ｄ错误.］ 【典型例题】 知识点一对波得衍射得理解 【例1】(1)既然衍射就是波得特有现象,也就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?
第十二章机械波 6.波的干涉 【学习目标】 （1）知道波的叠加原理． （2）知道什么是波的干涉现象和干涉图样． （3）知道干涉现象也是波所特有的现象． 【重点难点】 波的干涉图样和干涉条件 【课前预习】 1：大量的事实和实验表明：几列波相遇时均能够保持各自的运动状态继续传播，介质中的质点同时参与这几列波的振动，质点的位移等于几列波单独传播时位移的矢量和，这就是波的叠加原理。 2：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱的现象称为波的干涉，形成的图样称为干涉图样；只有两个频率相同的波叠加时才会获得稳定的干涉图样。3：加强区质点的振幅等于两列波的振幅之和，减弱区质点振幅等于两列波的振幅之差，当两列波的振幅相等时，质点的合振幅为零，且加强区和减弱区是间隔稳定分布的。 4：干涉是波的特有现象，故一切波均可发生干涉现象。 【预习检测】 1．两列波相叠加产生了稳定的干涉现象，得到了干涉图样，以下关于干涉的说法中正确的是（） A．两列波的频率一定相等 B．振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的 C．振动加强与振动减弱处交替变化 D．振动加强区始终加强，振动减弱处始终减弱2．对声波的各种现象，以下说法中正确的是（） A．在空房子里讲话，声音特别响，这是声音的共鸣现象 B．绕正在发音的音叉走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，这是声音的干涉现象 C．古代某和尚房里挂着的磐常自鸣自响，属于声波的共鸣现象 D．把耳朵贴在铁轨上可以听到远处的火车声，属于声波的衍射现象 3．如图1（a）所示，两列相同的波相向传播，当它们相遇时，可能的波形是图1(b）中的（） 图1
【参考答案】 【预习检测】 1.A 、B ，D 2A 、B 3.B 、C ▲ 堂中互动▲ 【典题探究】 例1在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的横波互相叠加，则( ) A.波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的 B.振动最强的点经过4 1T 后恰好回到平衡位置，因而该点的振动是先加强，后减弱 C.振动加强区和减弱区相间隔分布，且加强区和减弱区不随时间变化 D.加强区的质点某时刻位移可能是零 解析：当频率相同，步调一致的两列波叠加时，若波峰与波谷叠加必为减弱点，A 项正确；振动加强点并不是指其位移就最大，有时可能为零.所以B 项错，C 、D 两项正确. 拓展: 任何频率的两列波都可叠加，但不一定形成稳定的干涉图样. 例2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，如果介质中的某点振动是加强的，某时刻该质点的位移s 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 解析：根据波的叠加原理，只要两列波相遇就会叠加，所以A 选项错.两列频率相同的波相遇时，振动加强的点是波峰与波峰、波谷与波谷相遇，所以B 选项错.振动加强的点仅是振幅加大，但仍在平衡位置附近振动，也一定有位移为零的时刻，所以选项C 正确，选项D 错误. 拓展: 本题关键要弄清波的干涉“加强”“减弱”的含义，加强的含义是“峰峰相遇”或“谷谷相遇”，而减弱的含义是“峰谷相遇”，振动加强是指对某质点来说振幅变大了，但仍处于振动当中，容易产生加强点总处于波峰处，谷谷相遇振动减弱等错误的想法. 例3如图中S 1和S 2是两个相干波源，由它们发出的波相互叠加，实线表示波峰，虚线表示波谷，则对a 、b 、c 三处质点的振动情况，下列判断中正确的是( ) A.b 处的振动永远互相减弱 B.a 处永远是波峰与波峰相遇 C.b 处在这时刻是波谷与波谷相遇 D.c 处的振动永远相互减弱 解析：从图中可以看出，b 处此刻是波谷和波谷相遇，位移为负的最大值，振动是加强的.故选项A 错误，选项C 正确. a 处此刻是波峰与波峰相遇，但过半个周期后会变成波谷与波谷相遇，虽然始终是振动加强的点，但并非永远是波峰与波峰相遇的点，因此选项B 是错误的. c 处此刻是波峰与波谷相遇，过半个周期后是波谷与波峰相遇，它们的振动永远互相减弱，选项D 是正确的.