【高中物理】高中物理知识点：波的衍射

高中物理波的干涉与衍射现象波的干涉与衍射现象是高中物理学习中的重要内容，它们揭示了波动性的基本特征和波动理论的重要应用。

本文将深入探讨波的干涉与衍射现象的原理、特点和实际应用。

一、波的干涉现象1. 干涉现象的概念波的干涉是指两个或多个波源发出的波，在某一空间范围内相遇，产生新的波动现象。

当波源的频率相同或相近，并且它们之间的相位关系固定时，就会发生明显的干涉现象。

2. 干涉现象的分类根据波的性质和干涉的方式，干涉现象可以分为两类：光的干涉和声波的干涉。

其中，光的干涉是指由于光的波长较短，使得干涉效应更加明显；声波的干涉则是指由于声波的波长相对较长，所以干涉现象一般较为微弱。

3. 干涉现象的特点干涉现象具有以下几个特点：（1）干涉现象是波动现象的重要表现形式之一，它反映了波的相长和相消的规律；（2）干涉现象中产生的新的波动形态具有高低起伏和明暗交替的特点，这是干涉现象的显著特征；（3）干涉现象的效应通常需要在光学实验室或者在特定的条件下观察，因为干涉波的幅度相对较小。

二、波的衍射现象1. 衍射现象的概念波的衍射是指波通过一个障碍物的缝隙或者绕过障碍物的边缘，扩展到原本不可到达的区域，产生新的波动形态的现象。

衍射现象的产生是由于波的传播受到了障碍物的限制而发生的。

2. 衍射现象的规律波的衍射现象遵循一系列规律，包括：（1）衍射现象的程度与波的波长和障碍物的尺寸有关。

波长越长、障碍物尺寸越大，衍射现象越显著；（2）衍射现象通常表现为波的弯曲、波的辐射和波的幅度的变化等，形成了一些特殊的衍射图案；（3）衍射现象的实际应用非常广泛，如在衍射望远镜中利用衍射原理聚焦；在日常生活中利用衍射现象产生彩虹等等。

三、波的干涉与衍射的实际应用1. 干涉与衍射在光学中的应用干涉与衍射在光学中有着广泛的应用，如：（1）光的干涉在干涉仪中用于测量光的波长、薄膜的厚度等物理量；（2）干涉现象也应用于激光干涉仪、干涉滤光片等光学设备中；（3）光的衍射在显微镜和望远镜中用于提高分辨率和聚焦效果。

波的衍射与波的干涉波的衍射波的衍射指波在传播过程中，遇到障碍物后，能绕过障碍物；或遇到缝隙时传播方向发生变化的现象。

波的衍射与波的干涉都是波的重要特性之一，这是波动与其他运动模式的主要区别。

波的衍射图像波的干涉波的干涉指的是，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，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

波的干涉，实际上与波的叠加原理是一致的，只不过波的干涉更加特殊，必须满足相应的条件。

而且我们考虑波的干涉时并不是单独一个波形的叠加，而是空间内众多波形的叠加情况。

波的干涉的前提条件产生干涉的一个必要条件是，两列波（源）的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。

如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。

波的干涉图样波的干涉所形成的图样叫做干涉图样，是非常好的理解波的干涉的工具。

下面我们通过波的干涉图样来进一步理解波的干涉。

如下图所示，为两个完全相同的波（S1与S2）在平面内的传播。

如果用实线来描述波峰，虚线表示波谷。

根据波的叠加原理，在平面内图像中的波峰与波峰（以及波谷与波谷）的交汇处，为振动加强点。

与之对应的是，波峰与波谷的交汇处，振动削弱。

这样，就犹如波的干涉的定义描述的那样：波的干涉指的是，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，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

可能上面的图像太复杂了，不好辨识出来。

那么接下来我们通过一部分干涉图像来分析。

如下图所示，同样为两个完全相同的波（S1与S2）在平面内的传播。

实线来描述波峰的，显然波谷就是相邻的两条实线中间的位置（没有画出来）。

比较容易看出来，a点是振动削弱的（波峰与波谷交汇处），b点是振动加强的（波谷与波谷交汇处）。

波的衍射与波的干涉区别从定义上来找两者的区别：波的衍射定义：波的衍射指波在传播过程中，遇到障碍物后，能绕过障碍物；或遇到缝隙时传播方向发生变化的现象。

第3节波的反射、折射和衍射核心素养物理观念科学思维1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。

2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。

3.知道衍射是波特有的现象。

通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。

知识点一波的反射、波的折射1.波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。

(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。

如图所示。

2.波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。

(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

[思考判断](1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。

(×)(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。

(×)(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。

(√)反射波的波长、频率、波速与入射的相关量相同吗？提示反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此，波的频率也不改变，由此我们可知波长也不改变。

即反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相关量相同。

折射现象中，波长、波速、频率都变化吗？提示在波的折射现象中，波的频率不改变。

波速和波长都发生变化。

知识点二波的衍射[观图助学]1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。

2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。

(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。

3.发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。

[思考判断](1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。

3波的反射、折射和衍射[学习目标] 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。

2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。

一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。

2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。

(2)水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射。

1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？答案在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中传播，波速不同，波长也不同。

2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？答案不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。

波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。

(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。

(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝vf可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝vf可知波长变长，反之变短。

例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。

当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m ，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s 。

(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s ，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。

物理总复习：波的干涉和衍射【考纲要求】1、知道波的叠加原理；2、知道波的干涉和衍射现象；3、了解多普勒现象。

【考点梳理】考点一、波的衍射要点诠释：1、衍射现象波绕过障碍物到障碍物后面继续传播的现象，叫做波的衍射。

2、发生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。

3、衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射只不过有些现象不明显，我们不容易观察到。

当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射现象十分明显，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。

考点二、波的干涉要点诠释：1、波的独立传播原理和叠加原理（1）波的独立传播原理：几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播而并不相互干扰，这是波的一个基本性质。

（2）波的叠加原理：两列波相遇时，该处介质的质点将同时参与两列波引起的振动，此时质点的位移等于两列波分别引起的位移的矢量和，这就是波的叠加原理。

2、波的干涉（1）波的干涉现象频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。

（2）产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相等。

干涉条件的严格说法是：同一种类的两列波，频率(或波长)相同、相位差恒定，在同一平面内振动。

高中阶段我们不讨论相和相位差，且限于讨论一维振动的情况，所以只强调“频率相同”这一条件。

（3）一切波都能发生干涉，干涉是波的特有现象之一。

3、对振动加强点和减弱点的理解波的干涉是频率相同的两列波叠加，是波特有的现象，波的干涉中，应注重理解加强和减弱的条件。

其判断方法有两种：一是根据两列波的波峰与波峰相遇（或波谷与波谷相遇）点为加强的点，波峰和波谷的相遇点是减弱的点。

二是根据某点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该点为加强点；某点到两波源的距离为半波长的奇数倍，则该点为减弱点。

同时注意加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小。