3.4 波的干涉课件（共29张PPT） 高二物理（人教版2019选择性必修第一册）

(共29张PPT)
第四节 波的干涉
主讲老师：
20XX.XX.XX
目录
01
02
波的干涉
波的叠加
课堂引入
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？
在介质中常常有几列波同时传播。两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，改变各自的运动特征呢？
课堂引入
演示实验：观察波的叠加现象
在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，在绳上分别产生相向传播的两列波（图甲）。观察两列波的传播情况。
你能大致画出该过程的波形图吗？
开始相遇
相遇中
开始分离
分离后
两列波相遇后，有什么规律？
第一部分：波的叠加
（一）波的叠加
1.波传播的独立性
几列波相遇之后， 仍然保持它们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好像没有遇到过其他波一样互不干扰。
2.波的叠加原理
当几列波在传播过程中相遇时，相遇区域每一点的振动等于各列波单独传播时在该点引起的振动的矢量和。
（一）波的叠加
3.加强点和减弱点
有些点两列波振动情况完全相同，称为加强点；
减弱叠加：
x
0
t
A
-A
加强叠加：
x
0
t
A
-A
有些点两列波振动情况完全相反，称为减弱点
如果两列波振幅相同，则加强点振幅为2A，做大幅度振动，但并不表示始终处于位移最大处；减弱点始终静止不动的，位移为0
（二）生活中波的独立传播和叠加
1.开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。
2.红绿光束空间交叉相遇(红是红、绿是绿，…)
3.空中无线电波很多(仍能分别接收各个电台)
第二部分：波的干涉
（一）观察与思考
两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。
现象：两列频率相同的水波相遇后，在它们重叠的区域里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。
（二）实验解释
加强的解释：
x1
0
t
A1
-A1
振动1
x2
0
t
-A2
A2
振动2
x
0
t
A
-A
加强叠加
（二）实验解释
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。
加强的解释：
S1
S2
（二）实验解释
减弱的解释：
x1
0
t
A1
-A1
振动1：
振动2：
x2
0
t
-A2
A2
减弱叠加：
x
0
t
A
-A
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。
（二）实验解释
S1
S2
减弱的解释：
（三）波的干涉
振动加强区的质点振动的振幅为多大？振动减弱区的质点振动的振幅为多大？
振动减弱区：振动的振幅等于两列波振幅之差。
振动减弱区：振动的振幅等于两列波振幅之差。
加强区和减弱区的质点偏离平衡位置的位移不是始终不变。而是振动加强区域的质点，其位移始终保持最大。振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小。
加强区和减弱区的质点偏离平衡位置的位移始终不变吗？
若两列波的振幅相等，减弱区的质点是否还会离开平衡位置？
振动减弱点的振动始终是减弱的；它并不总是处于平衡位置，它也在平衡位置附近振动.只有当两个波源的振幅相等时，才位于平衡位置.
（三）波的干涉
若两列波的的频率和相位差不相同，你认为在相互叠加时，能否出现稳定的相间的加强和减弱区呢？
如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域。
如何才能形成像上述实验现象一样的稳定的加强和减弱的稳定图样呢？
(1)两波源的频率相同。
(2)振动方向相同。
(3)相位差恒定。
（三）波的干涉
1. 定义：
频率相同,振动方向相同,相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
水波干涉图样
2.形成稳定干涉图样的条件
(1)两波源的频率相同。
(2)振动方向相同。
(3)相位差恒定。
若两个波源的振动频率和振动步调相同，加强点与两个波源的距离差：
△S=S1-S2=2n λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
（四）波的干涉规律
1.S1和S2两波源到加强点M到距离只差与波长有什么关系？
若两个波源的振动频率和振动步调相同，加强点与两个波源的距离差：
△S=S1-S2=2n λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
（四）波的干涉规律
2.S1和S2两波源到其他加强点到距离只差与波长有什么关系？你从中可以发现什么样的规律？
若两个波源的振动频率和振动步调相同，减弱点与两个波源的距离差：△S=S1-S2=（2n+1） λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
（四）波的干涉规律
2.S1和S2两波源到其他加强点到距离只差与波长有什么关系？你从中可以发现什么样的规律？
若两个波源的振动频率和振动步调相同，减弱点与两个波源的距离差：△S=S1-S2=（2n+1） λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
（四）波的干涉规律
振动加强点和减弱点满足的条件：
若两个波源的振动频率和振动步调相同
(1)加强点与两个波源的距离差：
（n=0，±1，±2，±3……）
(2)减弱点与两个波源的距离差：
（n=0，±1，±2，±3……）
加强点与两个波源的距离差是半波偶数的整数倍
减弱点与两个波源的距离差是半波奇数的整数倍
（四）波的干涉规律
若两个波源的振动频率和振动步调相反
(1)减弱点与两个波源的距离差：
（n=0，±1，±2，±3……）
(2)加强点与两个波源的距离差：
（n=0，±1，±2，±3……）
减弱点与两个波源的距离差是半波偶数的整数倍
加强点与两个波源的距离差是半波奇数的整数倍
振动加强点和减弱点满足的条件：
巩固提升
课堂小结
波的干涉
波的叠加
波传播的独立性：几列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响。
波的叠加原理：在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，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。
波的干涉
定义：频率相同,振动方向相同,相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
加强点满足的条件
减弱点满足的条件
课堂检测
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
答案:CD
课堂检测
【解析】因两列波波速相等,故两列波能同时到达P点,A错误;因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,B错误,C、D正确。
【科学思维 】两列波相遇时与其单独存在时的振动是一样的,其位移为两列波位移的矢量和。在相遇区域,任一点的总位移可能大于每列波单独传播时的位移,也可能小于每列波单独传播时的位移。
课堂检测
2. (多选)如图所示,S1、S2是两个振动完全相同的相干波源,其中实线表示波峰,虚线表示波谷。若两列波的振幅均保持5 cm不变,关于图中所标的a、b、c、d四点,下列说法正确的是(　　)
A.d点始终保持静止不动
B.图示时刻c点的位移为零
C.b点振动始终加强,c点振动始终减弱
D.图示时刻,b、c两点的竖直高度差为20 cm
答案:AD
课堂检测
【解析】d点处波峰与波谷相遇,振动减弱,振幅为零,故保持静止,故A正确;b点处波峰与波峰相遇,c点处波谷与波谷相遇,它们均属于振动加强点,由于振幅是5 cm,则b点相对平衡位置高10 cm,而c点处波谷与波谷相遇,则c点相对平衡位置低10 cm,所以b、c两点的竖直高度差为20 cm,故B、C错误,D正确。
科学思维 判断振动加强和减弱的常用方法
1.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;若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点。
2.条件判断法:振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时,设点到两波源的路程差为Δx,Δx=|x2-x1|=kλ的点为振动加强点;Δx=|x2-x1|=(2k+1)的点为振动减弱点(k=0,1,2,…)。若两波源振动步调相反,则上述结论相反。
THANKS
THANKS
感谢观看