3.3 波的干涉和衍射 课件-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册ppt

(共26张PPT)
3.3 波的干涉和衍射
2022.4
第3章 机械波
鲁科版 （2019版） 选择性必修1
复习
0
1、波的反射和反射定律
2、波的折射和折射定律
3、课间操跑操时，绕操场跑圈，两台扬声器接相同的声音信号，但发现某些位置听到的声音强，而在某些位置听到的声音弱。你知道这是为什么吗？
4、怎么解释我们还常有“闻其 声而不见其人”的现象呢？
波的叠加原理
1
几列波在介质中传播，相遇后仍能保持各自原有的运动特征不变并继续传播。
1.1 波的独立传播性
1.2 波的叠加原理
在几列波相遇的区域里，介质中的质点同时参加相遇的波列的振动，质点的位移等于相遇波列单独存在时引起的位移的矢量和。
同一介质中，任意两列波都会叠加，有没有稳定的图样，还需要其他条件。
波的叠加原理
1
(1)相遇后两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同。 ( )
(2)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。( )
(3)几个人在同一房间说话，相互都听得清楚说明波在相遇时互不干扰。( )
1.3 判断正误
√
√
√
(1)你知道“风声、雨声、读书声，声声入耳”体现了波的什么性质吗？
(2)若绳两端持续上下抖动，两列绳波的振幅均为A，则在两绳波的叠加区内，加强点和减弱点的振幅各多大？
1.4 思考题
(1)声波在相互交错、叠加之后互不影响，仍能保持原来的性质向前传播，这种现象体现了波的传播具有独立性。
(2)两列绳波相遇时，加强点的振幅为两列绳波振幅之和，即为2A；减弱点的振幅为两列绳波振幅之差，即等于零，不再振动。
波的干涉现象
2
2.1 水波的干涉现象
振动棒
振动小球
振动小球产生相同频率、振动方向相同的两列水波；
在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间 扩散开的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这两种 区域相互间隔，并且出现的位置是固定的。
振动频率和振动方向相同的两列波叠加后，振动加强和振动减弱的区域互相间隔、稳定分布的现象。
2.2 波的干涉
2.3 波的干涉条件
频率和振动方向相同的波。
波的干涉现象
2
形成的图样称为干涉图样。
2.3 图样分析：
a
b
c
原时刻
半个周期后
a
b
c
2.5λ
3.5λ
3λ
2.5λ
4λ
2λ
2.5λ
3.5λ
3λ
2.5λ
4λ
2λ
f1=f2
T1=T2
波的干涉现象
2
波的干涉现象
2
2.4 数学推导
如果两列波的波源起振方向相同，频率、振动方向都相同。已知波源S1、S2，P点是加强点满足什么条件？减弱点呢？
S1
S2
P
Δx=PS1-PS2
半波长的偶数倍，振动加强点；
半波长的奇数倍，振动减弱点；
起振方向相同
半波长的偶数倍，振动减弱点；
半波长的奇数倍，振动加强点；
起振方向相反
波的干涉现象
2
障碍物
孔隙
波的衍射现象
3
“影”
S
“影”
S
“影”
3.1 回顾
波的衍射现象
3
3.2 波的衍射现象
波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象.
3.2.1 定义
3.2.2 发生明显衍射现象的条件
障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小。
波的衍射现象
3
一切波都能产生衍射现象。
人耳听到的声音频率范围是 20～20 000 Hz，对应的声波波长为 17～0.017 m。
干涉、衍射是波特有的现象。
— 波的衍射 波的干涉
定义 波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射 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，这种现象叫作波的干涉
涉及的波源个数 一个波源 两个波源
现象 波能偏离直线而传播到直线以外的空间 产生振动强弱相间的区域
可观察到现象的条件 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，能观察到明显的衍射现象 两列波的频率相同，且两个波源的相位差保持不变
相同点 干涉和衍射是波特有的现象
波的衍射和干涉的比较
课本P77---2. 观察水波衍射的实验装置示意图如图所示。 AC 和 BD 是两块挡板，两 板间有一狭缝 AB，O 是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况， 每两条相邻的波纹（图中曲线）之间的距离表示一个波长。如何使衍射 现象更明显？为什么？
习题讲解
4
习题讲解
4
课本P77--- 3. 如图所示，两列相同的波沿一直线相向传播。当它们相遇时，波形可能是下列四种波形图中的（ ）
课本P77--- 4. 两波源 S1、S2 在水波槽中形成的波形示意图如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。波 源 S1 形成的波的波长比波源 S2 形成的短，则（ ）
A. 在两波相遇的区域中会产生干涉；
B. 在两波相遇的区域中不会产生干涉；
C. 点 a 的振动始终加强；
D. 点 a 的振动始终减弱；
习题讲解
4
课本P77---5. 两列振动方向相同、振幅分别为 A1 和 A2 的波发生干涉现象。下列说法正确的是（ ）
A. 波峰与波谷相遇处，质点的振幅为｜ A1 - A2 ｜ ；
B. 波峰与波峰相遇处，质点离开平衡位置的位移始终为 A1 + A2 ；
C. 波峰与波谷相遇处，质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移；
D. 波峰与波峰相遇处，质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅；
习题讲解
4
课本P77---*6. 消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。干涉型消声器可用来消弱高速气流产生的噪 声。它的结构及气流运行情况如图所示，产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。在 声波到达 a 处时，分成两束相干波，它们分别通过 r1 和 r2 的路程，再在 b 处相遇。要达到消弱噪声的目的，路程差 Δr = r2 - r1 应为 （ ）
A. 波长的整数倍；
B. 波长的奇数倍；
C. 半波长的奇数倍；
D. 半波长的偶数倍；
习题讲解
4
课本P82--- 5. 甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源 M、N 两点沿 x 轴相向传播，波速为 2 m/s，振幅相同。 某时刻的图像如图所示，则
A. 甲、乙两列波的起振方向相反；
B. 甲、乙两列波的频率之比为 3∶2 ；
C. 再经过 3 s，平衡位置在 x = 7 m 处的质点振动方向向下；
D. 再经过 3 s，两波源间（不含波源）有 5 个质点位移为 0；
习题讲解
4
课本P83--- *9. 在学校运动场 50 m 直跑道的两端，分别安装了由同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。 两个扬声器连续发出波长为 5 m 的声波。一同学从该跑道的中点出发，向某一端点缓慢行进 10 m。在此过程中，他听到扬声器的声音由强变弱的次数为多少？
习题讲解
4
课本P84--- 5.如图所示，S1、S2 是两个相干波源，它们振动同步且振幅不同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。与 S1、S2 共面的 a、b、c、d 四点中，b、d 位于 S1 与 S2 的连线的垂直 平分线上。关于 a、b、c、d 四点的振动情况，下列说法正确的是 （ ）
A. 质点 a 振动最弱，质点 b、c 振动最强，质点 d 振动介于最强与 最弱之间；
B. 质点 a 振动最弱，质点 b、c、d 振动最强；
C. 该时刻质点 a 的位移为 0，质点 b、c、d 的位移均为最大；
D. 再过 T/4后的时刻，a、b、c 三个质点都将处于各自的平衡位置
习题讲解
4
例题：如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，波源S连续振动，形成水波，此时树叶A静止不动。为使水波能带动树叶A振动，可采用的方法是 ( )
A、提高波源的频率；
B、降低波源的频率；
C、增大波源与桥墩的距离；
D、增大波源的振幅；
习题讲解
4
例题：如图所示表示两列相干水波的叠加情况,图中的实线表示波峰,虚线表示波谷.设两列波的振幅均为5 cm,且在图示的范围内振幅不变,波速和波长分别为1 m/s和0.5 m。C点是BE连线的中点,下列说法不正确的是(　　)
A.C、E两点都保持静止不动；
B.图示时刻A、B两点的竖直高度差为20 cm；
C.图示时刻C点正处在平衡位置且向上运动；
D.从图示的时刻起经0.25 s后，
B点通过的路程为20 cm；
习题讲解
4
例题：【多选】如图所示，在均匀介质中，A、B是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为x＝0.1sin 20πt(m)，形成的机械波的波速都是10 m/s。介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4 m和5 m。则(　　)
A．波的周期为0.1 s
B．波的波长为2 m
C．P点一定是振动加强点
D．P点可能是振动减弱点
AC
习题讲解
4
例题：如图是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻的波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则关于波经孔之后的传播情况,下列描述错误的是(　　)
A.此时能观察到明显的衍射现象
B.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象
C.挡板前后波纹间距离相等
D.如果孔的大小不变,使波源的频率增大,能更明显地观察到衍射现象;
习题讲解
4
【2020年全国卷1】一振动片以频率f做简谐振动时，固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点，两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样。c是水面上的一点，a、b、c间的距离均为l，如图所示。已知除c点外，在ac连线上还有其他振幅极大的点，其中距c最近的点到c的距离为 。求：
（i）波的波长；
（ii）波的传播速度。
小结
5
波的干涉和衍射
波的叠加原理
波的干涉
波的衍射
数学公式
干涉图样
干涉条件
定义
衍射图样
波的衍射条件
定义
波的独立性