高中物理人教版选修3-4第十二单元第4课《波的衍射和干涉》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案

第4节波的衍射和干涉

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12­4­1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。

图12­4­1

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

1．波的叠加原理

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12­4­2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。 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。 两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图12­4­2所示)

两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图12­4­3所示)

图12­4­2 图12­4­3

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。

4 波的衍射和干涉

[学习目标] 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.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，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况．

一、波的衍射

[导学探究] 如图1所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成的宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：

图1

(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？

(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？

答案 (1) 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显．

(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播.

[知识梳理] 对波的衍射现象的理解

1．定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．

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相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．

3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象．(√)

(2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象．(×)

(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显．(×)

(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显．(√)

二、波的叠加 [导学探究] (1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？

(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？是否受到了其他乐器的影响？

...

... 第4节波的衍射和干涉

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

1．波的叠加原理 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。 ...

... 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。

04

第4节ꢀ波的衍射和干涉第4节ꢀ波的衍射和干涉刷基础

题型1ꢀ波的衍射现象

1．某同学观察到波长相同的水波通过两个宽度不同的狭缝时的现象，如图所示，下列说法正确的是

(ꢀꢀ)C

A．水波通过狭缝后波长变短

B．这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象

C．此现象可以说明，波长一定，缝越窄衍射现象越明显

D．此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显解析

波衍射后不影响波的特性，即波长和频率不变，A错误；波的衍射是波特有的性质，所有波都能发生

衍射现象，B错误；从图中可知第1幅图衍射现象比较明显，所以波长一定，缝越窄衍射现象越明显，

由于题中给出的是波长一定的情况，无法比较缝宽一定时不同波长的波的衍射情况，C正确，D错误

．第4节ꢀ波的衍射和干涉刷基础

2．[浙江诸暨中学2019高二下期中]如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮出水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是(ꢀꢀ)D

A．增加波源距桥墩的距离

B．减小波源距桥墩的距离

C．提高波源的振动频率

D．降低波源的振动频率

解析

为使水波能带动叶片振动，则要使得水波发生明显的衍射，根据衍射条件可知，增加或减小波源

距桥墩的距离，都不能影响衍射，选项A、B错误；S振动时，水波中的质点上下振动，形成的波向

前传播，提高波源的振动频率，根据ꢀꢀ，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，

反之降低频率，波长增大，衍射现象更明显，故C错误，D正确．第4节ꢀ波的衍射和干涉刷基础

题型2ꢀ波的叠加和干涉现象

3．[河北辛集中学2018高二下期中]如图是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，以波源S1、

S为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰(实线)和波谷(虚线)．S的振幅A＝4ꢀcm，211S的振幅A＝3ꢀcm，则下列说法正确的是(ꢀꢀ)B22

A．质点D是振动减弱点

B．质点A、D在该时刻的高度差为14ꢀcm

C．再过半个周期，质点B、C是振动加强点