3.3 波的干涉和衍射 课件(共42张PPT) -高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共42张PPT)
第三章 机械波
第三节 波的干涉和衍射
新课导入
几列在水面上传播的波相遇时，波形会发生变化，有时几乎很难辨别出它们原来的形态。然后，这些波一旦脱离接触，又会恢复原来的形态。为什么会产生这样的现象？
水波相遇
1.了解波的叠加原理、掌握波的干涉现象及产生的条件
2.知道波的衍射现象和发生明显衍射的条件
3.能根据波的干涉条件、发生明显衍射的条件解释相关现象
学习目标
波的叠加原理
迷你实验
两位同学分别握着长绳的一端上下抖动，使长绳产生两列相向传播的波。仔细观察两列波相遇时和相遇后各自的运动。
新课讲解
波的叠加原理
由实验看出，两列波相遇时，波形会发生变化；相遇后，这两列波又保持原来各自的形态继续传播(图3-29)。
基于大量实验研究得出
几列波相遇后，保持各自原有的运动特征（独立性，频率、周期、波速、波长）均不发生任何变化
新课讲解
波传播的独立性：
两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰。
波的叠加性：
在相遇重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
波的叠加原理
小试牛刀
(1)在两列波重叠的区域里，任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍。(　　)
(2)两列波叠加时，质点的位移一定增大。(　　)
(3)只有频率相同的两列波才可以叠加。(　　)
(4)两列波相遇后各自的传播特点不会受到影响。(　　)
×
√
×
×
波的干涉现象
情境导入
两列周期性的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？
实验探究
水波的干涉现象
图3-30是一个水波槽，在振动棒上固定两个小球，让小球刚刚接触到水波槽内的水面。当振动棒带动两个小球振动时，会产生振动方向、振动频率都相同的两列水波。观察这两列波叠加时的现象。
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实验探究
水波的干涉现象
新课讲解
两个频率和步调完全相同的波源产生的波的叠加规律
新课讲解
1.波的干涉的定义：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，称为波的干涉，形成的图样称为干涉图样。
2.产生干涉的条件： 频率 和 振动方向 相同的波。
新课讲解
M
P
图中蓝色点P，在这一时刻，P点处波峰与波谷相遇，位移最小，那么再经过半个周期后，波谷与波峰再次相遇，位移仍然最小，也就是说着两个波源在P点处引起的振动始终相反，所以P点的位移始终最小。
图中红色点M的振动始终是加强的
①振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱。
②振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的。
新课讲解
新课讲解
①把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区.
②相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区.
③振动加强区和振动减弱区是相互隔开的.
想一想
图中表示两列频率相同的横波相遇时某一时刻的情况，实线表示波峰，虚线表示波谷，此时M点是波峰与波峰相遇的点，是凸起最高的位置之一。
(1)半个周期后，图中六个点中，哪些点具有最大正向位移？哪些点具有负向最大位移？哪些点比较“平静”？
半个周期后，K、P点具有正向最大位移，M、Q具有负向最大位移，H、N点比较“平静”。
想一想
(2)随着时间的推移，原来M点这个凸起最高的位置在向哪个方向移动？是不是M质点在向那个方向迁移？M质点在哪个方向上运动？
凸起的最高点由M向P移动，M点并不随波迁移，而只在垂直于纸面的方向上运动。
(3)由图中时刻经过 时，M质点的位移有什么特点？
位移为0
波的衍射现象
情境导入
图3-34 为水波通过蓄水池入口时产生衍射的情景。水波通过桥洞时发生衍射，会绕过桥墩继续向前传播。
新课讲解
波的衍射：波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象
声波绕过墙壁
水波绕过芦苇
水波绕过礁石
实验探究
水波的衍射现象
如图3-35 所示，在水波槽中放入两块挡板，挡板间留一狭缝，调节挡板位置，可改变狭缝宽度。现产生持续的平面波，且波长保持不变，观察下列两种情况下水波通过狭缝时的实验现象。
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新课讲解
水波的衍射现象
新课讲解
规律：波长λ不变，狭缝宽度d与波长相差不多时，衍射现象更明显
波长不变，改变挡板缝宽
新课讲解
观察波长对衍射的影响
新课讲解
规律：
波长λ与狭缝宽度相差不多时，衍射现象更明显；
挡板缝宽不变，改变波长
波长减小，衍射现象变得不明显；
波长与狭缝宽度相比非常小，水波将沿直线传播。
想一想
1.如果孔比波长大很多，波就不会发生衍射现象，这种说法对吗？
不对，一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。孔比波长大很多时，衍射现象依然存在，只是无法观察到明显的衍射现象。
2.如果孔比波长小很多，一定能观察到明显的衍射现象吗？
不一定，如果孔比波长小的太多，绕过障碍物的波的能量较弱，也不易观察到明显的衍射现象。
新课讲解
3.为什么声波容易发生明显衍射现象？
声波的波长为1.7 cm～17 m，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大。故声波的衍射现象极为明显。
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.
波的干涉
定义：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉.形成的这种稳定图样叫作干涉图样.
本课小结
1
2
是无条件的
能够保持各自的运动特征
不要求振幅相同
一切种类的波都可以发生干涉
波的衍射
定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象.
产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小.
本课小结
3
当堂检测
1.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.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
C.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x可能是零
D.两列频率相同的波相遇时,振动加强的点的位移总是比振动减弱的点的位移大
C
解析：根据波的叠加原理,只要两列波相遇就会叠加,所以A错;两列频率相同的波相遇时,振动加强的点是波峰与波峰、波谷与波谷相遇的点,所以B错;振动加强的点仅是振幅增大,但仍在平衡位置附近振动,也可能有位移为零的时刻,所以C正确,D错误。
2.两列振幅和波长都相同而传播方向相反的波(如图甲所示),在相遇的某一时刻,两列波“消失”(如图乙所示)。此时介质中两质点的运动方向是(　　)
A.x向下，y向上
B.x向上，y向下
C.x、y都向上
D.x、y都向下
A
解析：由题图看出,两列波的波峰与波谷叠加,振动减弱,两波的振幅相等,所以题图乙所示的时刻两列波“消失”。根据波形平移法判断可知,向右传播的波单独引起的振动方向向下,的振动方向向上,向左传播的波单独引起的振动方向向下,y的振动方向向上,根据叠加原理可知,此时质点的振动方向向下质点的振动方向向上,故A正确。
3.(多选)如图所示为两个振动情况完全一样的波源,两列波的波长都为,它们在介质中产生干涉现象, 在空间共形成6个振动减弱的区域(图中虚线处),是振动减弱区域中的一点,从图中可看出　(　　 )
A.P点到两波源的距离差等于1.5
B.P点始终不振动
C.P点此时刻振动最弱，过半个周期后，振动变为最强
D.当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波谷也一定传到P点
ABD
解析：振动减弱点到两波源距离差等于半波长的奇数倍,根据点所处虚线的位置可知点到的距离之差为1.5,选项A正确;两波源振动情况相同,故点振幅为零,选项B正确,选项C错误;在点合位移为零,故其中一列波的波峰传播到点时,另一列波的波谷一定传播到点,选项D正确。
4.如图所示, 是两个相干波源,它们的相位及振幅均相同。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。关于图中所标的三质点,下列说法中正确的是(　　)
A质点振动减弱,质点振动加强
B质点振动加强,质点振动减弱
C.再过两质点都将处于各自的平衡位置,振动将减弱
D.质点一直在平衡位置,质点一直在波峰质点一直在波谷
A
解析：质点处是两列波波峰与波谷叠加的地方,振动始终减弱,而质点处是两列波波峰与波峰、波谷与波谷叠加的地方,振动始终加强,故A对,B、C错。因为两个波源的振动方向相同、振幅相同,所以质点静止不动,一直在平衡位置两质点的振动始终是加强的,位移随时间周期性变化,不是静止不动的,故D错误。故选A。
5.(多选)如图所示为水波的衍射现象,为波源为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,其中符合事实的是(　　)
BC
解析：
选项A、B中小孔宽度大于波长,衍射现象不明显,挡板会阻碍波的传播,故A不符合事实、B符合事实;选项C、D中小孔宽度小于波长,衍射现象明显,但穿过小孔后波速和频率不变,波长应不变,故C符合事实,D不符合事实。
谢谢