3.3机械波的传播现象 课件-2022-2023学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册（20页ppt）

第三节
机械波的传播现象
学习目标
1.了解波的干涉与衍射现象，归纳干涉与衍射现象产生的条件；
2.通过学习惠更斯原理对衍射现象的解释；
3.理解波相遇时的情形，能应用叠加原理解释波的干涉现象。
新课导入
3.为什么会出现这种现象呢？
1.在湖面微风激起的水波遇到突出水面的芦苇、树枝等时会绕过继续向前传播。
思考与讨论：
2.一个人对着墙说话，声波会沿着墙壁传到一二百米远处被另一个人听到，而且声音悠长，非常神奇。
一、波的衍射
1、什么是衍射？
波能够绕到障碍物的后面传播的现象，叫作波的衍射。
2、衍射是如何发生的？
在水槽中，把两块挡板放在水波前进的方向上，挡板之间留一条缝。
1. 保持波源的振动频率不变，改变缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化。
2. 保持缝的宽度不变，通过改变波源的振动频率来改变波长，观察水波的传播情况有什么变化。
观察与思考：
一、波的衍射
结论：频率不变时，窄缝的宽度越小，衍射现象比较明显。
缝宽不变时，波长越接近狭缝宽度，衍射现象比较明显。
一、波的衍射
一、波的衍射
3、波在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢？
当缝宽或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时能观察到明显的衍射现象。
是否可以说成是发生衍射现象的条件？
思考与讨论：
一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。
小孔可看作一个新的波源
一、波的衍射
4、如何解释衍射现象？
惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看做是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。适用于任何波动过程。
一、波的衍射
（1）管仲《管子·君臣下》：“墙有耳，伏寇在侧。墙有耳者，微谋外泄之谓也。”
（2） 鹿柴
作者：王维
空山不见人，但闻人语响。
返景入深林，复照青苔上。
以上现象蕴含着什么物理学原理呢？
二、波的反射
情境1：当水波遇到挡板时会发生反射;
情境2：人在山谷或空旷的大厅说话会听到回声，那是声波传到山崖或高墙时的反射；
情境3：夏日的雷声轰鸣不绝，那是声波在云层界面多次反射形成的。
1、波的反射
（1）定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。
（2）波的反射定律
①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；
②反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同；
③波遇到两种介质界面时，总存在反射。
三、波的折射
三、波的折射
1、波的折射
（1）定义：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）波的折射定律
入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。
界面
介质I
介质II
法线
四、波的干涉
想一想：两列波相遇会不会像两个球相遇那样，改变了它们原来的运动状态呢？
观察与思考：
在一个水盆中，用滴管分别在两处滴几滴水，激起不同的水波，观察两列水波相遇时发生的现象。它们相遇后的传播状态怎样？形状是否改变？
四、波的干涉
（1）波传播的独立性：从不同振源发出的波在空间相遇时，如振动不十分强，各个波将保持各自的特点（频率、波长、振幅、振动方向等）同时通过同一介质，好像在各自的传播过程中没有遇到其他波一样。
（2）波的叠加原理：几列波在相遇时，能够保持各自的状态，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所引起的振动，质点的总位移等于各列波单独传播时引起振动位移的矢量和。
1、波的干涉
1、波的干涉
（3）定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，位置保持不变。这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
四、波的干涉
讨论与交流：
两列振幅、频率、相位都相同的波相向而行。请画出它们在P1、P2、P3各点附近相遇时的波动情况。
使振幅增强的点称为相长干涉
使振幅减弱的点称为相消干涉
四、波的干涉
1、波的干涉
（4）条件：两列波的频率相同；振动方向相同；相差位恒定。
当 ?????=(2????+1)???? 时，
两个振动相位相同，则此时合振幅最大；
当 ?????=(2????+12)T 时，
两个振动相位相反，则此时合振幅最小。
当振幅相同时，两振动抵消，质点静止。
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四、波的干涉
四、波的干涉
水波的干涉图样
（5）干涉的解释
如果在某一时刻，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，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；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。
振动加强区为:到两波源距离差 x1-x2=nλ
振动减弱区为:到两波源距离差 x1-x2=(2n+1)λ/2
思考与讨论：
从波的干涉图样看出，振动加强区和振动减弱区到波源距离差是多大？
四、波的干涉
【练习1】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
四、波的干涉