3.3 波的干涉和衍射 (共27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27张PPT)
第三章 机械波
第3节 波的干涉和衍射
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
时常会看到这样的现象:
几列水波相遇时,波形会发生变化，
水波脱离接触,又会恢复原来的形态。
为什么产生这样的现象呢？
01 波的叠加原理
演示：观察波两列波的传播情况
【视频：波的叠加】
思考：通过以上观察和分析，波的叠加有什么特点？
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
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
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。
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）
（1）波峰遇波峰
x
0
t
x1
0
t
A1
-A1
x2
0
t
-A2
A2
x
0
t
A
-A
（2）波峰遇波谷
此时A=A1 - A2 （特别：当A1=A2 ，A=0）
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？
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。
水波的干涉现象
02 波的干涉
两个频率和步调完全相同的波源产生的波的叠加规律
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。
3.干涉现象的解释
（1）两列同频率的波在某点引起的振动：
①步调相同，质点的振动加强；
②步调相反，质点的振动减弱。
（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。
①振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。
②振动加强点和振动减弱点是间隔出现。
③干涉图样中，不只有振动加强的质点和振动减弱的质点。
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
4.干涉图样的特点：
思考：试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？
3.5λ
5λ
3λ
5λ
5.加强点和减弱点的分布规律（两波源的相位相同）
①若P点为振动加强点：
则有P点到两列波的波源的距离差（波程差）等于波长的整数倍或半个波长的偶数倍。
（n=0,1,2……）
②若P点为振动减弱点：
则有P点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍。
（n=0,1,2……）
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
03 波的衍射
水波的衍射现象
如图 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。
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
观察波长对衍射的影响
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。
思考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。
思考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。
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
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
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
4.(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
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.
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
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.
3