波的干涉、衍射

波的衍射、干涉

【学习目标】

1．知道什么是波的衍射现象和衍射的定义。

2．理解发生明显衍射现象的条件。

3．明确衍射是波特有的现象。

4．知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律。

5．知道波的干涉现象，知道干涉是波的特性之一。

6．理解波的干涉原理。

7．知道产生稳定的干涉现象时波具有的条件。

【要点梳理】

要点一、波的衍射

1．波的衍射

波绕过障碍物继续传播的现象，如图所示．

2．产生明显衍射现象的条件

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．

要点诠释：（1）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件．一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象．

（2）波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新的波源，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，就出现了偏离直线传播的衍射现象．

（3）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．

3．衍射的成因

振源在介质中振动，由于介质中各质点间弹性的作用将振源的振动经介质向周围由近及远的传播而形成波，而且当波形成后就可以脱离波源而单独存在．因为振源一旦带动质点振动，这个被带动的质点可视为一个新的波源而带动其他质点振动．由此可见，凡是波动的质点均可视为一个新的波源，一个振源在平面介质中振动而形成的波，波面为一个圆．波动的质点视为一个新的子波源，根据惠更斯原理，新波源的波面也是一个圆．同一波面上的新子波源的波面的包迹就是原波源的波面．当遇到孔或缝，当孔或缝的尺寸较大，孔中质点振动可视为很多子波源，这些子波源的波面的包迹仍保持原波面的形状，只是边缘发生了变化．当孔或缝的尺寸跟波长差不多或更小，则形成的波面是以小孔为中心的圆，这便观察到了明显的衍射现象．但惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度．

4．正确理解衍射现象

波的衍射 波的干涉

教学目标

1.观察波的衍射现象，了解形成明显衍射现象的条件

2.观察波的干涉现象，知道波的干涉现象是波在特殊条件下的叠加；知道两列频率相同的波才能发生干涉现象；知道干涉现象的特点

3.知道衍射和干涉现象是波动特有的现象

4.会解释生活中的干涉和衍射现象

教学重点

波的衍射和发生波的干涉的条件

教学难点

对稳定的波的干涉图样的理解

教具

水槽演示仪 长条橡胶管 投影仪 音叉 课件

教学过程

一．引入新课

我们向平静的湖面上投入一个小石子，可以看到石子激起的水波形成圆形的波纹，并向周围传播。当波纹遇到障碍物后会怎样？

如果同时投入两个小石子，形成了两列波，当它们相遇在一起时又会怎样？

本节课就针对这组现象进行观察，并对它们进行初步解释。我们将前一现象称为衍射，后一现象称为干涉，这就是这节课的学习内容。

二．新课教学

1.波的衍射

通过课件来看一组现象。

（1）水波向前传播，放入一个不大的障碍屏，观察水波绕过障碍屏传播的情况。由此给出波的衍射定义。

波的衍射：波绕过障碍物继续向前传播的现象。

衍射是波特有的现象。

（2）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。演示课件，观察四组现象，总结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相差不多，或者比波长更小，才能观察到明显的衍射现象。即S障≤λ波

思考：1.为什么能“闻其声不见其人”？

2.为什么光波衍射现象不明显？

分析：声波和光波都可以发生衍射现象。声波的波长范围是1.7cm到17m，而光的波长范围在0.4μm到0.8μm之间，因此，自然界中障碍物的尺寸远于光的波长，光波的衍射现象不明显，而声波易发生衍射现象，所以闻其声不见其人。

2.波的叠加和干涉

（1）波的叠加 设想：两列波相遇时，会有什么情景？课件演示

现象：两列波相遇时，在波的重叠区域，任何一个质点的总位移，都等于两列波分别引起的位移的矢量和。相遇后，两列波按原运动状态继续向前传播。

波的干涉衍射专题

一、波的叠加

（1）波的独立性原理：

几列波相遇后仍保持它们原有的特性（频率、波长、振幅、传播方向）不变，互不干扰。

（2）波的叠加原理

在相遇区域内，介质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。

二、波的干涉

（1）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，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，形成的图样叫做波的干涉图样。

（2）发生干涉的条件（相干波源）

①两列波频率相同；

②两列波振动方向相同

③两列波有恒定的相位差。（一般相干波源选择相位差为零，即两列波的起振情况完全相同）

（3）波的干涉与叠加的关系

干涉是一种特殊的叠加。任何两列波都可以进行叠加，但波的干涉需要相干光源。干涉是波特有的现象。

（4）加强区和减弱区的条件

①振动加强点：该点到两个波源的波程差是波长的整数倍；

②振动减弱点：该点到两个波源的波程差是半波长的奇数倍。

在两列波发生干涉时，在干涉区域内，振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。

三、波的衍射

（1）波的衍射现象

波绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射。

（2）发生明显波的衍射的条件

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。

（3）生活中的衍射现象

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。

寻找足迹：波的干涉衍射的相关问题

题型一：波的相遇与叠加

例1.（★★★）如图所示，一根长橡皮绳上波峰A向右传播，波谷B向左传播，波速大小相同，它们的波形是上线的对称的，当它们完全相遇时，质点a、b、c、d的运动方向是( ).

A．a、b向下，c、d向上 B．a、d静止，b向下，c向上

C．a、b向上，c、d向下

D．a、b、c、d都静止

例2.（★★★）(2011上海高考)两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v=0.4m/s，两波源分别位于A、B处，t=0时的波形如图所示。当t=2.5s时，M点的位移为 cm，N点的位移为

波的干涉与衍射

波的干涉与衍射是波动现象中的两个重要部分，它们在各个领域都有广泛的应用，包括物理学、光学和声学等。本文将详细探讨波的干涉与衍射的原理、特点以及实际应用。

一、波的干涉

波的干涉是指两个或多个波相遇时产生的干涉现象。当两个波的幅度和相位条件满足一定条件时，波的干涉可表现为增强或减弱的现象。波的干涉分为构造性干涉和破坏性干涉。

1. 构造性干涉

构造性干涉是指两个波相位相差恰好为整数倍波长时，波峰与波峰相遇，波峰与波谷相遇，或者是两个波的波节部分重合。在这种情况下，波的干涉会使波的振幅增大，达到最大值。构造性干涉是波的增强效应。

2. 破坏性干涉

破坏性干涉是指两个波相位相差恰好为半个波长时，波峰与波谷相遇，或者是两个波的波峰和波节部分重合。在这种情况下，波的干涉会使波的振幅减小，达到最小值甚至完全破坏。破坏性干涉是波的减弱效应。

二、波的衍射 波的衍射是指波通过障碍物或孔隙时出现的一种现象，波会沿着障碍物或孔隙的边缘产生弯曲扩散。波的衍射可以用赫斯特尔原理来解释，该原理表明波的每一点都可以看作是次级波源，次级波源发出的波与主波相互作用，产生衍射效应。

波的衍射具有以下特点：

1. 衍射现象与波的波长有关，波长越大，衍射效应越明显。

2. 衍射现象与障碍物或孔隙的尺寸有关，与障碍物或孔隙的波长比值越大，衍射效应越明显。

3. 衍射效应与观察点到障碍物或孔隙的距离有关，距离越远，衍射效应越弱。

三、波的干涉与衍射的应用

波的干涉与衍射在实际应用中具有广泛的应用价值，下面列举几个典型的案例：

1. 光学干涉仪

光学干涉仪是利用波的干涉原理来测量长度、波长等物理量的仪器。其中最常见的就是迈克尔逊干涉仪和弗雷涅尔双缝干涉仪。这些干涉仪可以广泛应用于精密测量、光学成像、干涉光谱等领域。

2. 衍射光栅 衍射光栅是一种具有规则孔隙排列的光学元件，它可以通过衍射原理将入射光分散成不同波长的光束。衍射光栅在光谱仪、激光器和显微镜等领域有着广泛的应用。