3.3 波的干涉和衍射(共23张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共23张PPT)
第三章 机械波
第3节 波的干涉和衍射
有几列波在同一介质中传播，当它们相遇后会发生什么情况呢？会不会像两个球相遇一样改变了它们的运动状态呢？
1.了解波的叠加原理、掌握波的干涉现象及产生的条件
2.掌握加强点和减弱点的分布规律。
3.知道波的衍射现象和发生明显衍射的条件
4.能根据波的干涉条件、发生明显衍射的条件解释相关现象
演示：波的叠加现象
知识点一：波的叠加原理
相遇前
相遇时刻
相遇过程
相遇后
两列波相遇
两列波相遇后，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。
1. 波的独立传播原理
2. 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
加强
减弱
如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动加强，合振幅将增大。
如果介质中某些质点处于两列波波峰与波谷相遇处，则振动减弱，合振幅减小，此时如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零。
思考：下列两列波叠加后是怎样的？
知识点二：波的干涉
观察：两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？
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。
演示视频
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。
水波干涉图样
水波干涉俯视图样
2. 干涉图样：由波的干涉所形成的图样
3.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。
4.干涉现象的解释
（1）两列同频率的波在某点引起的振动
步调相同，质点的振动始终最强
步调相反，质点的振动始终最弱
（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。
x1
0
t
A1
-A1
x2
0
t
-A2
A2
x
0
t
A
-A
此时A=A1+A2 （特别：当A1=A2 ，A=2A1）
波峰遇波峰
振动加强
x
0
t
x1
0
t
A1
-A1
x2
0
t
-A2
A2
x
0
t
A
-A
波峰遇波谷
此时A=A1 - A2 （特别：当A1=A2 ，A=0）
振动减弱
不震动
5.干涉图样的特点：
（2）振动加强点和振动减弱点是间隔出现。
（3）振动加强点是指振幅较大的点，不是位移始终最大。
（4）干涉图样中，不只有振动加强的质点和振动减弱的质点。
（1）振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。
把振动最强的质点连起来，为振动加强区；
振动最弱的质点连起来，为振动减弱区。
强区和弱区是相互隔开，强弱相间的
6. 加强点，减弱点位置判断（两波源的相位相同）
假设在两列波的叠加区域有一个P点，它到两列波源的距离分别为PS1、PS2，两列波的波长为
振动加强点的位置
振动减弱点的位置
绕过障碍物传播
通过孔隙,传播范围变宽
波在传播过程中遇到障碍物时波的行为会发生什么变化？
1.定义：波绕过 或通过 继续传播的现象，称为波的衍射。
2.发生明显衍射现象的条件
障碍物或狭缝的尺寸跟 相差不大，或者比波长 。
障碍物
孔隙
波长
更小
知识点三：波的衍射
3.对波的衍射的理解
（1）衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。
（2）波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异。
（3）障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显的衍射的条件，波长越大越容易发生明显的衍射现象。
（4）波的直线传播是在衍射不明显时的近似情况。
4.波的衍射实例
“隔墙有耳” “闻其声而不见其人”，这是声波的衍射现象。
通常的声波，波长在1.7 cm ~17 m之间，跟一般障碍物的尺寸相当，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们能听到障碍物另一侧的声音。
(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。(　　)
×
√
×
×
1.如图为振幅、频率相同的两列横波在t＝0时刻相遇时形成的干涉图样，实线与虚线分别表示波峰和波谷，已知两列波的振幅均为5 cm，波速和波长均为1 m/s和0.4 m。下列说法正确的是（ ）
A.P点始终处于波谷
B.R、S两位置可以处于波谷状态
C.Q点在t＝0.2 s时刻将处于波谷位置
D.从t＝0到t＝0.2 s的时间内，Q点通过的路程为10 cm
C
2.如图所示，S1、S2为两个振动情况完全相同的波源，两列波的波长都为λ，它们在均匀介质中产生干涉现象，S1、S2在空间中共形成了5个振动加强的区域，如图中实线所示。P是振动加强区域中的一点，由图可知（ ）
A.P点到两波源的距离差等于1.5λ
B.S1发出的波的传播速度大于S2发出的波的传播速度
C.P点此时刻振动最强，经过半个周期后，P点振动变为最弱
D.当一列波的波峰传到P点时，另一列波的波峰也一定传到P点
D
3.(多选)如图所示是观察水波衍射的实验装置。AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（ ）
A.能观察到明显的波的衍射现象
B.挡板前后波纹间距离相等
C.如果将孔AB扩大，可以观察到更明显的衍射现象
D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象
AB
波的干涉和衍射
波的叠加原理
波的衍射现象
波的干涉现象
波的独立传播性
波的叠加原理
保持各自原有的运动特征
各波列位移的矢量和
定义：振动加强和减弱区相互间隔，稳定分布
条件：频率和振动方向相同的波
图样特征：加强区波程差波长等于整数倍，减弱波程差等于区半波长奇数倍。
波的重要特征之一
定义：波绕过障碍物或通过孔隙继续传播的现象
明显衍射条件：障碍物或狭缝跟波长相差不大，或者比波长更小。
波特有的现象