物理人教版（2019）选择性必修第一册3.4波的干涉（共31张ppt）

(共31张PPT)
第三单元 机械波
3.4 波的干涉
一、驱动问题
钱塘江潮被誉为“天下第一潮”，是世界一大自然奇观，它是天体引力和地球自转的离心作用，加上杭州湾喇叭口的特殊地形所造成的特大涌潮。仔细观察右边高清视频中两列水波的叠加，你发现他们叠加后的形状有什么特点没有，叠加后凹凸间隔分布，你知道这是为什么吗？
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二、波的叠加
身边的叠加
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？
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二、波的叠加
（一）实验引入
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？
二、波的叠加
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，好象没有遇到过其他波一样互不干扰.
红绿光束空间交叉相遇(红是红、绿是绿，…)
听乐队演奏(仍可辨出不同乐器的音色、旋律)
空中无线电波很多(仍能分别接收各个电台)
会议室内声音特响（仍能区分出每一个人的说话声音）
生活实例
（二）波的相遇分析
二、波的叠加
振动加强
振幅增大
振动减弱
振幅减小
峰
峰
谷
峰
（三）波的叠加
二、波的叠加
波的叠加原理
在几列波重叠的区域里，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。
本质：位移的合成
（三）波的叠加
二、波的叠加
例题：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，波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，已知f1A.a波先到达P点
B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大值小于A1+A2
C.a波的波峰到达S2时，b波的波峰尚未到达S1
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点的右侧
B
三、波的干涉
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（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。
三、波的干涉
（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
三、波的干涉
（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
三、波的干涉
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
（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？
振动加强区：振动的振幅等于两列波振幅之和。
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
（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
（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。
三、波的干涉
（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
三、波的干涉
（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
三、波的干涉
（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
三、波的干涉
[思考判断]
(1)任意两列波都能产生稳定干涉现象。( )
(2)发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同。( )
(3)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷。( )
(4)在振动加强的区域，有时质点的位移等于零。( )
(5)能产生稳定干涉图样的两列波叠加时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的。( )
×
×
√
√
√
三、波的干涉
例题： (多选)如图所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷。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
AD
三、波的干涉
解析　波的干涉图样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，对稳定的干涉，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，A正确；e位于加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误；相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，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，D正确。
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
课堂反馈
1、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（ ）
A、振动加强的质点，始终处于最大位移处
B、振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移
C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强
D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱
BCD
课堂反馈
2、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（ ）
A、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇
B、某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波谷相遇
C、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇
D、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇
D
课堂反馈
3．如图所示，两列简谐波均沿x轴传播，传播速度的大小相 等，其中一列沿x方向传播(图中实线所示)，一列沿负x方向传播(图中虚线所示)，这两列波的频率相同，振动方向均沿y轴，则图中x =1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x = 的点，振幅最小的是x= 的点。
4、8
2、6
课堂反馈
4、如图所示为甲、乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图，甲波向右传播，乙波向左传播.质点M位于x＝0.2 m处，则下列说法正确的是 （ ）
A.这两列波会发生干涉现象
B.M点是振动加强点，所以其位移总是最大
C.此时M点位移为零，故M点是振动减弱点
D.由图示时刻开始，再经过 甲波周期，M点将位于波谷
E.M点将做振幅为30 cm的简谐振动
ADE
课堂反馈
5、如图所示，A、B为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在AB连线的中垂线上的P点相遇时，则（ ）
A、P点振动始终加强
B、 P点振动有时加强，有时减弱
C、 P点位移始终等于振幅
D、 P点位移有时为零
AD
课堂反馈
6、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5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m，C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是 （ ）
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20cm
C．图示时刻C点正处于平衡位置且向水面上运动
D．从图示的时刻起经0.25s，B点通过的路程为20cm
BCD
课堂反馈
D
课堂反馈
本课时结束
感谢观看！