3.1机械波的衍射和干涉》课件 (1)31张PPT

课件31张PPT。机械波的衍射和干涉1．知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件．
2．理解波的叠加原理．
3．知道什么是波的干涉现象及其产生条件．
4．会用波的衍射、干涉现象解释相关问题.
定义：波_____障碍物继续传播的现象．
实验及现象
(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留个_____ ．
(2)现象
①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿_____传播一样，挡板后面产生一个_______ ．
②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：波_____挡板后面继续传播．
一、波的衍射绕过狭缝直线阴影区绕到
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长_________，或者
___________．
_______都能发生衍射，衍射是波_____的现象．“闻其声而
不见其人”是_____的衍射现象．
波的独立传播特性：两列波相遇后，每列波仍像相遇前一
样， _____各自原来的_____ ，继续向前传播，这就是波的独立性．
提醒 某空间不管有多少波相遇，对任一列波的传播来说，其他波就像不存在一样．
发生明显衍射的条件二、波的叠加相差不多比波长更小一切波特有声波保持波形波的叠加：在两列波重叠的区域里，任何一个质点_____参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的___
_____ ．
定义： _____相同的两列波叠加，使某些区域的振动_____ ，某些区域的振动_____ ，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉．
波的干涉图样：波的干涉现象中形成的_____ ．
干涉条件：产生干涉的必要条件是两列波性质相同且_____相同．
三、波的干涉同时矢频率加强减弱图样频率量和
衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．凡能发生衍射现象的就是波．
波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，波长较长的波容易发生明显的衍射现象．
波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．
一、对衍射现象的理解特别提醒 (1)障碍物尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越长越易发生明显衍射现象；
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
图12－4－1 波的干涉示意图频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅增大、某些区域的振幅减小，这种现象叫波的干涉，形成的图样常常叫做波的干涉图样．如图12－4－1所示．
二、对干涉现象的理解
干涉现象对干涉图样特点的三点说明
(1)加强区和减弱区的位置固定不变．
(2)加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)．
(3)加强区与减弱区互相间隔．
对振动加强点和减弱点的解释
(1)振动加强点
设波源S1、S2在质点a引起的振幅分别为A1、A2，以图12－4－1中a点波峰与波峰相遇时计时，波源S1、S2分别引起质点a振动的图象如图12－4－2甲、乙所示，当两列波重叠时，质点a同时参与两个振动，合振动图象如图12－4－2丙所示．
图12－4－2(2)振动减弱点
如图12－4－1所示，以波源S1、S2分别将波峰、波谷传到b点时开始计时，波源S1、S2分别引起质点b振动的图象如图12－4－3甲、乙所示，当两列波重叠时，质点b同时参与两个振动，合振动图象如图12－4－3丙所示．
图12－4－3
波的衍射现象和干涉现象都是波特有的现象，现将他们联系与区别列在下表中.
三、波的衍射现象和干涉现象的比较
说一说
点拨　超声波频率很高，波长很短，不容易发生衍射，所以超声波遇到人体不同组织的分界面时大部分会反射回来．而普通的声波，波长较长，容易发生衍射，遇到人体组织的分界面时衍射现象很明显，反射回来的波极少，不利于信号处理，所以这样的仪器使用超声波而不用普通的声波．
做一做
点拨　白色标志与黑色标志各连成一条线，以波源为中心向外辐射延伸，白色线代表振动加强线，黑色线代表振动减弱线．
教材资料分析 如图12－4－4所示是观察水面波衍射的实验装置，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)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是 (　　)．
【典例1】波的衍射图12－4－4A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离相等
C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观
察到衍射现象
解析　从图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A选项正确．由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，波的频率是一定的，又根
答案　ABC
借题发挥　波发生明显衍射的条件是由缝、孔的宽度或障碍物的尺寸和波长的对比关系决定的，相对缝、孔的宽度或障碍物的尺寸来说，波长越大，波的衍射现象就越明显．
(2013·湖南衡阳联考)在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子的振动频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为 (　　)．
A．10 cm B．5 cm C．d≥1 cm D．d＜1 cm【变式1】答案　D
在同一介质中两列频率相同，振动步调一致的横波互相叠加，则 (　　)．
A．波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的
波的叠加及干涉现象【典例2】C．振动加强区和减弱区互相间隔分布，且加强区和减弱
区不随时间变化
D．加强区的质点某时刻的位移可能是0
答案　ACD
借题发挥　不管是加强点，还是减弱点，还是一般位置的质点在振动时，其位移都在随时间做周期性变化，位移均可为0.
图12－4－5所示是水波干涉的示意图，S1、S2是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源的频率相同，振幅相等，则下列说法正确的是
(　　)．
A．A点一会儿在波峰，一会儿在波谷
B．A点始终在波峰
C．B点始终在波谷
【变式2】图12－4－5D．经半个周期后，原来处于波峰的点将位于波谷，原来
处于波谷的点将位于波峰
解析　在波的干涉中，振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动，只是质点的振幅较大，为A1＋A2.本题中由于A1＝A2，故振动减弱区的质点并不振动，而此时A点是波峰与波峰相遇，是加强点，B点是波谷与波谷相遇，是加强点，又A、D、B三点在一条振动加强线上，这条线上任一点的振动都是加强的，故此三点都为加强点，故此三点都是一会儿在波峰，一会儿在波谷．
答案　AD
如图12－4－6所示，在直线PQ的垂线OM上有A、B两个声源，A、B分别距O点6 m和1 m，两个声源同时不断向外发出波长都为2 m的完全相同的声波，在直线PQ上从－∞到＋∞的范围内听不到声音的区域共有多少个？
【典例3】加强点和减弱点的判断图12－4－6答案　5个
如图12－4－7所示，在均匀介质中S1和S2是同时起振(起振方向相
同)、频率相同的两个机械波源，它们发出的简谐波相向传播．在介质中S1和【变式3】图12－4－7A．b点的振动总是最强，a、c两点的振动总是最弱
B．b点的振动总是最弱，a、c两点的振动总是最强
C．a、b、c三点的振动都总是最强
D．a、b、c三点的振动都是有时最强有时最弱
答案　C下列关于波的衍射的说法正确的是 (　　)．
A．衍射是机械波特有的现象
B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大
解析　衍射是一切波特有的现象，所以选项A、C错，发生明显衍射是有条件的；当缝、孔或障碍物尺寸比波长小或差不多时．缝、孔或障碍物越小，越易发生明显衍射，B对，D对．
答案　BD
波的衍射1．利用水波槽得到的水面波形如图12－4－8(a、b)所示，则
(　　)．
波的干涉现象图12－4－8A．图a、b均显示了波的干涉现象
B．图a、b均显示了波的衍射现象
C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象
D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象
2．解析　题图a中可以看出只有一条狭缝，水波穿过发生明显的衍射；题图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象．故D项正确．
答案　D
图12－4－9为声波干涉演示仪的原理图，两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔，声波从左侧小孔传入管内，被分成两列频率________的波．当声波分别通过A、B传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅______；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅________．
加强点和减弱点的判断3.图12－4－9解析　声波从左侧小孔传入管内向上、向下分别形成两列频率相同的波．若两列波传播的路程相差半个波长，则振动相消，此处振幅为0；若传播的路程相差一个波长，则振动加强，此处声波的振幅为原振幅的两倍．
答案　相同　等于0　等于原振幅的两倍