3.4波的干涉课件 (共20张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共20张PPT)
3.4 波的干涉
1. 了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。
2. 从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。
3. 通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。
4. 知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。
学习目标
情境引入
在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成了复杂而美丽的图案。这种图案是怎样产生的？能不能从这一现象中得到一个物理规律呢？
一、波的叠加
1.观察波的叠加现象
2.波的独立传播原理：几列波相遇后，能够保持各自的运动特征，继续传播．即各自的波长、频率等保持不变。
3.波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，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。
如图所示，在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，演示两列波相向传播并相遇的现象．思考以下问题：
(1)两列绳波相遇时，发生了什么现象？(2)若绳两端持续上下抖动，两列绳波的振幅为A1、A2，则在两列绳波的叠加区域内，加强点和减弱点的振幅各多大？
思考：
【例1】(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．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2
C．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点
D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧
CD
二、波的干涉
观察水波的干涉
水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。这两个波源发出的是频率相同的波。两列波的振动方向也相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位差保持不变（总是0）。
水波干涉图样
现象：这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。
1．定义 ， ， 的两列波叠加时，某些区域的振动总
是 ，某些区域的振动总是 ，这种现象叫波的干涉。
2．干涉条件
(1)两列波的频率必须 。
(2)两个波源的相位差必须 。
二、波的干涉
问题：为什么会形成稳定的干涉图样？
用两组同心圆表示从波源发出的两列
波，蓝线圆表示波峰，黑线圆表示波
谷。蓝线圆与黑线圆间的距离等于半
个波长，蓝线与蓝线、黑线与黑线之
间的距离等于一个波长。
注意：
①红色实线位置（M点）一会儿波峰波峰相遇，半个周期后波谷波谷相遇，振动始终得到加强，振幅为2A，红色实线位置叫振动加强区
②红色虚线位置（N点）一会儿波峰波谷相遇，半个周期后波谷波峰相遇，振动始终得到削弱，振幅为0，红色虚线位置叫振动减弱区
注意：
③加强区和减弱区是相互间隔的，加强区振动始终加强，减弱区振动始终减弱，即形成的干涉图样是稳定的。
④红色实线周围还有振幅大于A小于2A的其它区域，振动也得到加强，虚线周围振幅小于A的其它区域振动也减弱，即加强区和减弱区不是一条线，而是一片片的区域。
⑤加强区质点的位移并不是始终最大，减弱区的质点的位移也并不是始终为0。
问题：为什么会形成稳定的干涉图样？
用两组同心圆表示从波源
发出的两列波，蓝线圆表
示波峰，黑线圆表示波谷。
蓝线圆与黑线圆间的距离
等于半个波长，蓝线与蓝
线、黑线与黑线之间的距
离等于一个波长。
①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)。
②加强区和减弱区的位置固定不变，加强区与减弱区互相间隔。
③加强点的振幅为A1＋A2；减弱点的振幅为|A1－A2|。
3、干涉图样及其特点
每个质点都在各自的平衡位置附近做简谐运动，干涉是波特有的现象。
例2：(多选)如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和减弱之间
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
思路引导：(1)波的干涉中波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为加强点，波峰与波谷相遇的点为减弱点。(2)振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱区上的点都是振动减弱点。(3)加强点始终加强，减弱点始终减弱。(4)各质点在平衡位置两侧做周期性振动。
AD
注意：
若两波源振动情况完全相同，某点到两波源的路程差（波程差）
满足： ，该点就是振动加强区（半波长偶数倍）
满足： ，该点就是振动减弱区（半波长奇数倍）
用两组同心圆表示从波源
发出的两列波，蓝线圆表
示波峰，黑线圆表示波谷。
蓝线圆与黑线圆间的距离
等于半个波长，蓝线与蓝
线、黑线与黑线之间的距
离等于一个波长。
(1)条件判断法
振动频率相同、振动步调完全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源的距离差为Δr.
①当Δr＝k·λ(k＝0,1,2…)时为加强点．
②当Δr＝(2k＋1)· λ/ 2 时为减弱点(k＝0,1,2…)．
若两波源振动步调相反，则上述结论相反．
三、判断振动加强和减弱的常用方法
(2)现象判断法
若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则为减弱点．
若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T/4，看该点是波峰和波峰(波谷与波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点．
【例3】如图甲所示，横波1沿BP方向传播，B点的振动图象如图乙所示；横波2沿CP方向传播，C点的振动图象如图丙所示．两列波的波速都为20cm/s,P与B相距40cm，P与C相距50cm，两列波在P点相遇，则P点振幅为（ ）
A. 70cm B. 50cmC. 35cm
D. 10cm
A
【例4】如图所示，空间同一平面上有A、B、C三点，AB＝5 m，BC＝4 m，AC＝3 m，A、C两点处有完全相同的两个波源，振动频率为1360 Hz，波速为340 m/s，则B、C连线上振动减弱的位置有几处？
答案：8处
本课小结
二、波的干涉
2、振动加强区和振动减弱区的判断。
1、发生稳定干涉的条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
3、一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象。
一、波的叠加
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．
巩固练习
1．(多选)关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是(　 　)A．两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B．任何两列波相遇都会叠加C．两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点D．两列频率相同的波相遇时，如果介质中的某点振动是加强的，某时刻该质点的位移可能是零
2．(多选)关于两列波的稳定干涉现象，下列说法中正确的是(　 　)A．任意两列波都能产生稳定的干涉现象B．发生稳定干涉现象的两列波，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
BD
BD
3．甲、乙两列完全相同的横波分别从波源A、B两点沿x轴相向传播，t＝0时的波形图像如图所示，若两列波的波速都是1 m/s，下列说法正确的是(　 　)
A．甲、乙两列波的频率都是4 HzB．t＝1 s时，甲、乙两波相遇C．t＝3 s时，x＝6 m处质点的位移为负方向最大D．t＝0 s时，x＝2 m处质点与x＝10 m处质点的振动方向相反
C