高中物理3.4波的干涉 课件 新人教版选择性必修第一册（32张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理3.4波的干涉 课件 新人教版选择性必修第一册（32张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-11-11 12:45:09 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
4 波的干涉
第三章
2021
学习目标
1.知道波的叠加原理,知道什么是波的干涉现象和干涉图样,知道干涉也是波特有的现象(物理观念)
2.会分析波的叠加,理解波的干涉(科学思维)
3.了解波的干涉在生活中的应用,感受物理与生活之间的联系(科学态度与责任)
思维导图
课前篇 自主预习
[自主阅读]
1.波的叠加原理
几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在它们重叠的区域里,介质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。
2.波的干涉
频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域的振动总是加强、某些区域的振动总是减弱,这种现象叫作波的干涉。
3.能发生干涉现象的条件
(1)两列波的频率相同。(2)两列波的相位差恒定。(3)两列波的振动方向相同。
4.干涉是波特有的现象,只要满足干涉条件,一切波都能发生干涉现象。
[自我检测]
1.正误判断
(1)将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音。( )
解析 这是声波的干涉现象。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。
答案 √
(2)两列波叠加时,质点的总位移一定变大。( )
解析 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。
答案 ×
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.它的周期一定是两个分振动周期之和
B.它的频率一定是两个分振动频率之和
C.它的振幅一定是两个分振动振幅之和
D.它的位移一定是两个分振动位移之和
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。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,但位移一定是两个分振动的位移之和,故选D。
答案 D
3.(多选)如图所示,波源S1在绳的左端发出频率为f1,振幅为A1的半个波形a,同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2,振幅为A2的半个波形b,且f1A.两列波比较,a波将先到达P点
B.两列波同时到达P点
C.两列波在P点叠加时,P点的位移为A1+A2
D.b的波峰到达P点时,a的波峰还没有到达P点
解析 因两波波速相等,故两列波能同时到达P点,A错误,B正确;f1λ2,故当两列波同时到达P点时,a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大,因此两波峰不能同时到达P点,两波峰应相遇在P点左侧,此位置对应的位移为A1+A2,位移最大,综上所述,C错误,D正确。
答案 BD
课堂篇 探究学习
问题一
波的叠加
[情境探究]
两个运动的小球相遇后会发生碰撞而各自改变运动状态,那么在空间传播的两列波相遇后是否也会像两个小球那样各自改变原来的运动状态呢
要点提示 两列波相遇后不会像两个小球碰撞那样改变原来的运动状态,它们都保持各自的运动状态,彼此都没有受到影响。
[知识归纳]
1.波叠加时的特点
(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和。
(2)各列波独立传播。
2.波的叠加原理理解
波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于总位移是几个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小,如图所示。
[典例剖析]
例题1波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端,两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s。在t=0时刻绳上的波形如图(a)所示。则根据波的叠加原理,以下叙述正确的是( )
A.当t=2 s时,波形如图①所示;当t=4 s时,波形如图②所示
B.当t=2 s时,波形如图①所示;当t=4 s时,波形如图③所示
C.当t=2 s时,波形如图②所示;当t=4 s时,波形如图①所示
D.当t=2 s时,波形如图②所示;当t=4 s时,波形如图③所示
解析 当t=2 s时,根据传播速度可知,它们相互重叠,由于振动方向相反,故振动减弱,波形如图②所示;当t=4 s时,各自传播了4 m,由于互不干扰,所以波形如图③所示,故选项D正确。
答案 D
变式训练1两列简谐波沿x轴相向而行,波速均为v=0.4 m/s,两波源分别位于A、B处,t=0时的波形如图所示。当t=2.5 s时,M点的位移为 cm,N点的位移为 cm。
解析 在t=2.5 s时两列波传播的距离均为Δx=vΔt=1 m,如图所示。对A波而言,M点的位移为0,对B波而言,M点的位移为2.0 cm,根据波的叠加原理可知,此时M点位移为2.0 cm。分别对A、B波而言,N点的位移均为0,故叠加后N点的位移为0。
答案 2.0 0
问题二
波的干涉
[情境探究]
如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来,他听到的声音会有什么变化 为什么
要点提示 声音忽强忽弱,因为声波发生了干涉现象。
[知识归纳]
1.对波的干涉现象的理解
(1)波的叠加是无需条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。
(2)干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定,如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果会不相同,得不到干涉图样,干涉图样是稳定的。
(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,形成明显的干涉图样除了要满足干涉条件外,还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近,干涉图样越明显。
(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动,其振幅不变(若是振动减弱点,振幅可为0),但其位移随时间发生变化。
(5)振动加强的点的振动总是加强,但并不是始终处于波峰或波谷,它们都在平衡位置附近振动,有的时刻位移为零。
(6)振动减弱的点的振动始终减弱,位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差,振幅为两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相同,则振动减弱点总是处于静止状态,并不振动。
2.干涉图样及其特征
(1)干涉图样:如图所示。
(2)特征:①加强区和减弱区的位置固定不变;②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化);③加强区与减弱区互相间隔。
[典例剖析]
例题2 波源S1和S2的振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:
(1)简谐横波的波长;
(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置。
解析 (1)设简谐横波波长为λ,频率为f,则v=λf,代入已知数据,得λ=1 m。
(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差Δl=x-(2-x),0≤x≤2,其中x、Δl以m为单位。
答案 (1)1 m (2)见解析
规律方法 振动“加强点”与“减弱点”的判断
(1)理论判断法
①设波源S1、S2振动情况完全相同,它们产生的两列波在同一介质中传播。对介质中的任一点P,如图离两波源距离分别是S1P、S2P,P点到波源的距离差
Δx=S1P-S2P。
a.当Δx=nλ(n=0,1,2,…)即距离差为波长的整数倍时,P点为振动加强点;
b.当Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…)即距离差为半个波长的奇数倍时,P点为振动减弱点;
②若两列波波源振动步调相反,则上述结论反之即可。
(2)现象判断法
若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,该点为振动加强点;若总是波峰与波谷相遇,则该点为振动减弱点。
变式训练2(多选)下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,下列说法正确的是( )
A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱
B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换
D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰
解析 波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况。形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意,对于稳定的干涉图样,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点,而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,故选项A正确;e点位于加强点的连线上,为加强点,f点位于减弱点的连线上,为减弱点,故选项B错误;相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,故选项C错误;因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,故选项D正确。
答案 AD
当堂检测
1.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
答案 B
2.两列波相叠加产生了干涉现象,得到了稳定的干涉图样,以下关于干涉的说法错误的是( )
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,故选项C说法错误。
答案 C
3.(多选)关于两列波的干涉现象,下列说法中正确的是( )
A.任意两列波都能产生干涉现象
B.发生干涉现象的两列波,它们的频率一定相同
C.在振动减弱的区域,各质点都处于波谷
D.在振动加强的区域,有时质点的位移等于零
解析 两列波叠加产生干涉现象是有条件的,不是任意两列波都能产生干涉现象,两列波叠加产生干涉现象的一个必要条件是两列波的频率相同,所以选项A错误,选项B正确;在振动减弱的区域里,两列波引起质点的振动始终是减弱的,质点振动的振幅等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,并不是各质点都处于波谷,所以选项C错误;在振动加强的区域里,两列波引起质点的振动始终是加强的,质点振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,但这些点始终是振动着的,因而有时质点的位移等于零,所以选项D正确。
答案 BD
4 波的干涉
第三章
2021
学习目标
1.知道波的叠加原理,知道什么是波的干涉现象和干涉图样,知道干涉也是波特有的现象(物理观念)
2.会分析波的叠加,理解波的干涉(科学思维)
3.了解波的干涉在生活中的应用,感受物理与生活之间的联系(科学态度与责任)
思维导图
课前篇 自主预习
[自主阅读]
1.波的叠加原理
几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,在它们重叠的区域里,介质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。
2.波的干涉
频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域的振动总是加强、某些区域的振动总是减弱,这种现象叫作波的干涉。
3.能发生干涉现象的条件
(1)两列波的频率相同。(2)两列波的相位差恒定。(3)两列波的振动方向相同。
4.干涉是波特有的现象,只要满足干涉条件,一切波都能发生干涉现象。
[自我检测]
1.正误判断
(1)将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音。( )
解析 这是声波的干涉现象。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。
答案 √
(2)两列波叠加时,质点的总位移一定变大。( )
解析 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。
答案 ×
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.它的周期一定是两个分振动周期之和
B.它的频率一定是两个分振动频率之和
C.它的振幅一定是两个分振动振幅之和
D.它的位移一定是两个分振动位移之和
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。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,但位移一定是两个分振动的位移之和,故选D。
答案 D
3.(多选)如图所示,波源S1在绳的左端发出频率为f1,振幅为A1的半个波形a,同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2,振幅为A2的半个波形b,且f1
B.两列波同时到达P点
C.两列波在P点叠加时,P点的位移为A1+A2
D.b的波峰到达P点时,a的波峰还没有到达P点
解析 因两波波速相等,故两列波能同时到达P点,A错误,B正确;f1
答案 BD
课堂篇 探究学习
问题一
波的叠加
[情境探究]
两个运动的小球相遇后会发生碰撞而各自改变运动状态,那么在空间传播的两列波相遇后是否也会像两个小球那样各自改变原来的运动状态呢
要点提示 两列波相遇后不会像两个小球碰撞那样改变原来的运动状态,它们都保持各自的运动状态,彼此都没有受到影响。
[知识归纳]
1.波叠加时的特点
(1)位移是几列波分别产生的位移的矢量和。
(2)各列波独立传播。
2.波的叠加原理理解
波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于总位移是几个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小,如图所示。
[典例剖析]
例题1波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端,两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s。在t=0时刻绳上的波形如图(a)所示。则根据波的叠加原理,以下叙述正确的是( )
A.当t=2 s时,波形如图①所示;当t=4 s时,波形如图②所示
B.当t=2 s时,波形如图①所示;当t=4 s时,波形如图③所示
C.当t=2 s时,波形如图②所示;当t=4 s时,波形如图①所示
D.当t=2 s时,波形如图②所示;当t=4 s时,波形如图③所示
解析 当t=2 s时,根据传播速度可知,它们相互重叠,由于振动方向相反,故振动减弱,波形如图②所示;当t=4 s时,各自传播了4 m,由于互不干扰,所以波形如图③所示,故选项D正确。
答案 D
变式训练1两列简谐波沿x轴相向而行,波速均为v=0.4 m/s,两波源分别位于A、B处,t=0时的波形如图所示。当t=2.5 s时,M点的位移为 cm,N点的位移为 cm。
解析 在t=2.5 s时两列波传播的距离均为Δx=vΔt=1 m,如图所示。对A波而言,M点的位移为0,对B波而言,M点的位移为2.0 cm,根据波的叠加原理可知,此时M点位移为2.0 cm。分别对A、B波而言,N点的位移均为0,故叠加后N点的位移为0。
答案 2.0 0
问题二
波的干涉
[情境探究]
如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来,他听到的声音会有什么变化 为什么
要点提示 声音忽强忽弱,因为声波发生了干涉现象。
[知识归纳]
1.对波的干涉现象的理解
(1)波的叠加是无需条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。
(2)干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定,如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果会不相同,得不到干涉图样,干涉图样是稳定的。
(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,形成明显的干涉图样除了要满足干涉条件外,还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近,干涉图样越明显。
(4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动,其振幅不变(若是振动减弱点,振幅可为0),但其位移随时间发生变化。
(5)振动加强的点的振动总是加强,但并不是始终处于波峰或波谷,它们都在平衡位置附近振动,有的时刻位移为零。
(6)振动减弱的点的振动始终减弱,位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差,振幅为两列波的振幅之差。如果两列波的振幅相同,则振动减弱点总是处于静止状态,并不振动。
2.干涉图样及其特征
(1)干涉图样:如图所示。
(2)特征:①加强区和减弱区的位置固定不变;②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化);③加强区与减弱区互相间隔。
[典例剖析]
例题2 波源S1和S2的振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:
(1)简谐横波的波长;
(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置。
解析 (1)设简谐横波波长为λ,频率为f,则v=λf,代入已知数据,得λ=1 m。
(2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差Δl=x-(2-x),0≤x≤2,其中x、Δl以m为单位。
答案 (1)1 m (2)见解析
规律方法 振动“加强点”与“减弱点”的判断
(1)理论判断法
①设波源S1、S2振动情况完全相同,它们产生的两列波在同一介质中传播。对介质中的任一点P,如图离两波源距离分别是S1P、S2P,P点到波源的距离差
Δx=S1P-S2P。
a.当Δx=nλ(n=0,1,2,…)即距离差为波长的整数倍时,P点为振动加强点;
b.当Δx=(2n+1) (n=0,1,2,…)即距离差为半个波长的奇数倍时,P点为振动减弱点;
②若两列波波源振动步调相反,则上述结论反之即可。
(2)现象判断法
若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,该点为振动加强点;若总是波峰与波谷相遇,则该点为振动减弱点。
变式训练2(多选)下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,下列说法正确的是( )
A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱
B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换
D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰
解析 波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况。形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意,对于稳定的干涉图样,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点,而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,故选项A正确;e点位于加强点的连线上,为加强点,f点位于减弱点的连线上,为减弱点,故选项B错误;相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,故选项C错误;因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,故选项D正确。
答案 AD
当堂检测
1.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
答案 B
2.两列波相叠加产生了干涉现象,得到了稳定的干涉图样,以下关于干涉的说法错误的是( )
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,故选项C说法错误。
答案 C
3.(多选)关于两列波的干涉现象,下列说法中正确的是( )
A.任意两列波都能产生干涉现象
B.发生干涉现象的两列波,它们的频率一定相同
C.在振动减弱的区域,各质点都处于波谷
D.在振动加强的区域,有时质点的位移等于零
解析 两列波叠加产生干涉现象是有条件的,不是任意两列波都能产生干涉现象,两列波叠加产生干涉现象的一个必要条件是两列波的频率相同,所以选项A错误,选项B正确;在振动减弱的区域里,两列波引起质点的振动始终是减弱的,质点振动的振幅等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,并不是各质点都处于波谷,所以选项C错误;在振动加强的区域里,两列波引起质点的振动始终是加强的,质点振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,但这些点始终是振动着的,因而有时质点的位移等于零,所以选项D正确。
答案 BD