1、人教版高中物理选修3-4 第4节 波的衍射和干涉 第十二章 机械波 人教版高中物理选修3-4 在水塘里，微风激起的水波遇到突出水面的 小石子、芦苇，会绕过它们继续传播，好象 它们并不存在。 隔墙有耳 声音的在传播过程中很容易绕过障碍物的 一叶障目不见泰山 课堂引入 在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。 保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化。 一、波的衍射现象 一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。 1.定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的衍射。 2.衍射是波的特性 【实验现象】 1、窄缝或障碍物的宽度与波长相比非常大时，水波将直线传
2、播 ，观察不到衍射现象。 2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显 ； 3、窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时，有明显的衍射现 象。 一、波的衍射现象 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,或者比波长更小时，才能观察 到明显的衍射现象. 一、波的衍射现象 (1)衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。 窄缝宽度比波长越大，衍射现象越不明显；水波的传播越接近直线传播。 (2)障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小，并不是决定衍射能否发 生的条件，仅是发生明显衍射的条件。 (3)一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。 (4)波传到小
3、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 来同频率的波在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象。 (5)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象不 容易观察到。 一、波的衍射现象 “闻其声而不见其人”为什么? “ 一叶障目不见泰山 ”为什么? 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0.4m到0.8m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。 【思考与讨论】 一、波的衍射现象 【例1】下列说法正确的是（ ） A.衍
4、射是一切波特有的现象 B.对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显 C.听到回声是声波的衍射现象 D.听到回声是共鸣现象 AB 一、波的衍射现象 【例2】在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水 槽中的传播速度为0.05ms，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为（ ） A.10cm B.5cm C.d1cm D.d1cm D 一、波的衍射现象 二、波的叠加 二、波的叠加 二、波的叠加 两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前 一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。 1、相遇前 2、相遇时刻 3、相遇过程 4、相遇后 波的独
5、立传播原理 红绿光束空间交叉相遇 (红是红、绿是绿，) 听乐队演奏 (仍可辨出不同乐器的音色、旋律) 空中无线电波很多 (仍能分别接收各个电台) 应用： 二、波的叠加 波的叠加原理 在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振动，质点振动的位移等于这几 列波单独传播时引起的位移的矢量和。 二、波的叠加 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，这种现 象叫做波的干涉。 干涉图样：由波的干涉所形成的图样 三、波的干涉 三、波的干涉 特征 振动加强的区域总是加强，振 动减弱的区域总是减弱。 把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振动加强区；相应的振动最不激烈或静
6、止的质点连起来，就是振动减弱区，且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出 现的。 三、波的干涉 1.为什么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。波峰和波峰、波谷和波 谷相遇时，质点的位移都是最大，等于这两 列波的振幅之和，因此在这一点，始终是两 列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。 小组讨论 2.为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢？ 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波 的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波 谷和波峰相遇，在这一点两列波引起的振动始 终是减弱的，质点振动的振幅等
7、于两列波的振 幅之差，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。 小组讨论 形成稳定干涉图样的条件 两列波的频率相同，相位差恒定，且振幅相差不多。 注意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射 都是波的特有现象。 小组讨论 3.振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？ 4.振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？ 振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指 振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是 时刻在变化的。 小组讨论 5.试从水波的干涉图样中分析
8、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？ 若P点为振动加强点： （n = 0,1,2,） 则有P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偶数 倍。 小组讨论 6.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？ 若P点为振动减弱点： （n = 0,1,2,） 则有P点到两列波的波源的距离差等 于半个波长的奇数倍。 小组讨论 下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是（ ） A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强 B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同 C、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和 D、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰 BCD 小组讨论