高二物理选修3-4 12.4 波的衍射和干涉 课件 （20张ppt人教版）
文档属性
| 名称 | 高二物理选修3-4 12.4 波的衍射和干涉 课件 （20张ppt人教版） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-03-11 19:40:50 | ||
图片预览
文档简介
(共20张PPT)
高考导航
1.基本考察点：波的干涉和衍射；
2.难点与常考点：产生干涉和衍射的条件；
3.题型及难度：以选择题为主，难度中等。
12.4 波的衍射和干涉
1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。
2、两种衍射现象
(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。
当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。
一、波的衍射
(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。
?
一、波的衍射
(3) 发生明显衍射现象的条件
只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
一、波的衍射
说明：
1.一切波都能发生衍射现象，当波遇到障碍物时，衍射现象总是存在的，只有明显和不明显之分。
2.障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下波长较大的波容易发生明显衍射现象。
一、波的衍射
3.波的衍射现象分析
波传到小孔时，小孔仿佛是一个新的波源，它发出与原来的波同频率的波（称为子波），在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象，波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
说明：
当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。
例1.
BD
二、波的叠加
1.波的独立传播
两列波在同一介质中传播，在介质中某一点或某一区域相遇时，每一列波都能够保持各自的特征，继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样，这就是波的独立性。
2．波的叠加原理
几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质中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。如图表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。
2．波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。
两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图a所示)
两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图b所示)
二、波的叠加
例2.波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1m/s．在t＝0时刻绳上的波形如图所示．则根据波的叠加原理，以下叙述中正确的是（ ）
A．当t＝2s时，波形如图①所示；当t＝4s时，波形如图②所示
B．当t＝2s时，波形如图①所示；当t＝4s时，波形如图③所示
C．当t＝2s时，波形如图②所示；当t＝4s时，波形如图①所示
D．当t＝2s时，波形如图②所示；当t＝4s时，波形如图③所示
D
二、波的叠加
1．定义
频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的
现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
2．产生稳定干涉图样的条件
(1)两列波的频率必须相同。
（2）两列波的振动方向相同
(3)两个波源的相位差 恒定。
说明：
两列波要产生干涉，频率相同是首要条件，假设频率不同，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样在某时刻的某点（设为P点），若两列波的波峰相遇振动加强，但此后两列波并不总使P点振动加强，还可能是波谷与波峰相遇而使振动减弱，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点，因此我们就不能看到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
三、波的干涉
三、波的干涉
3．对波的干涉现象的理解
(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。
(2)如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
(3)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变（若是振动减弱点，振幅可为0），但其位移随时间发生变化。
(4)振动加强的点振动始终相互加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零。
(5)振动减弱的点振动始终相互削弱，位移的大小始终等于两列波分别引起的位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差。若两列波振幅相同，则振动减弱点 总是处于静止状态，并不振动。
把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的．
注意：
（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．
(6)振动加强（减弱）是一个区域，即图中粗实线和虚线上所有的点。如果两个波源的振动完全相同，则振动加强点到两波源距离之差等于波长的整数倍，设振动加强点a到两波源S1、S2的距离分别为d1、d2，则有(=0,1,2…)
振动减弱点b到两波源距离之差等于半波长的奇数倍，
(=0,1,2…)
三、波的干涉
干涉图样特征：
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。
例3.如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列正确的是（ ）
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B．a点位移始终处于最大位置
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
三、波的干涉
变式.如图所示，S1和S2是两个相干波源，其振幅均为A，周期均为T．实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷。此刻，c是波谷与波谷的相遇点，下列说法中正确的是（ ）
A．a处质点始终处于离平衡位置2A处
B．随着时间的推移，c处的质点将向右移动
C．从该时刻起，经过 ，c处的质点将通过平衡位置
D．若S2不动，S1沿S1b连线向b运动，则b处质点仍然始终处于平衡位置
C
(1)条件判断法：振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的路程差为Δr，当Δr＝k·时为振动加强点；当Δr＝(2k＋1)·时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。(k＝0,1,2…)
(2)现象判断法：若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。
若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播1/4T，看该点是峰峰（或谷谷）相遇，还是峰谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点。
四、振动加强点与振动减弱点的判断方法
振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；振幅减小的点为振动减弱点。判断方法有以下两种：
例4.波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求：
（i）简谐横波的波长：
（ii）OA间合振动振幅最小的点的位置。
四、振动加强点与振动减弱点的判断方法
例5．一个波源在绳的左端发出半个波①：频率为f1，振幅为A1；
同时另一个波源在绳的右端发出半个波②：频率为f2，振幅为A2．
P为两波源的中点，由图可知，下述说法正确的是（ ）
A．两列波同时到达两波源的中点P?
B．两列波相遇后，P点波峰值可达A1+A2?
C．两列波相遇时，各自仍保持原来的波形独立传播?
D．两列波相遇时，绳上波峰可达A1+A2的点只有一点，
此点在P点的左侧?
ACD
五、波的特有现象
声波、水波、光波都能发生干涉和衍射现象。
一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。
作业
1.先复习今天所讲基础内容；
2.电子版作业的答案写在作业纸上并且拍照 上传照片到微信群；
3.预习第五节课本并做课后习题。
高考导航
1.基本考察点：波的干涉和衍射；
2.难点与常考点：产生干涉和衍射的条件；
3.题型及难度：以选择题为主，难度中等。
12.4 波的衍射和干涉
1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。
2、两种衍射现象
(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。
当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。
一、波的衍射
(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。
?
一、波的衍射
(3) 发生明显衍射现象的条件
只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
一、波的衍射
说明：
1.一切波都能发生衍射现象，当波遇到障碍物时，衍射现象总是存在的，只有明显和不明显之分。
2.障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下波长较大的波容易发生明显衍射现象。
一、波的衍射
3.波的衍射现象分析
波传到小孔时，小孔仿佛是一个新的波源，它发出与原来的波同频率的波（称为子波），在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象，波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
说明：
当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。
例1.
BD
二、波的叠加
1.波的独立传播
两列波在同一介质中传播，在介质中某一点或某一区域相遇时，每一列波都能够保持各自的特征，继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样，这就是波的独立性。
2．波的叠加原理
几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质中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。如图表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。
2．波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。
两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图a所示)
两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图b所示)
二、波的叠加
例2.波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1m/s．在t＝0时刻绳上的波形如图所示．则根据波的叠加原理，以下叙述中正确的是（ ）
A．当t＝2s时，波形如图①所示；当t＝4s时，波形如图②所示
B．当t＝2s时，波形如图①所示；当t＝4s时，波形如图③所示
C．当t＝2s时，波形如图②所示；当t＝4s时，波形如图①所示
D．当t＝2s时，波形如图②所示；当t＝4s时，波形如图③所示
D
二、波的叠加
1．定义
频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的
现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
2．产生稳定干涉图样的条件
(1)两列波的频率必须相同。
（2）两列波的振动方向相同
(3)两个波源的相位差 恒定。
说明：
两列波要产生干涉，频率相同是首要条件，假设频率不同，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样在某时刻的某点（设为P点），若两列波的波峰相遇振动加强，但此后两列波并不总使P点振动加强，还可能是波谷与波峰相遇而使振动减弱，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点，因此我们就不能看到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
三、波的干涉
三、波的干涉
3．对波的干涉现象的理解
(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。
(2)如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
(3)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变（若是振动减弱点，振幅可为0），但其位移随时间发生变化。
(4)振动加强的点振动始终相互加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零。
(5)振动减弱的点振动始终相互削弱，位移的大小始终等于两列波分别引起的位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差。若两列波振幅相同，则振动减弱点 总是处于静止状态，并不振动。
把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的．
注意：
（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．
(6)振动加强（减弱）是一个区域，即图中粗实线和虚线上所有的点。如果两个波源的振动完全相同，则振动加强点到两波源距离之差等于波长的整数倍，设振动加强点a到两波源S1、S2的距离分别为d1、d2，则有(=0,1,2…)
振动减弱点b到两波源距离之差等于半波长的奇数倍，
(=0,1,2…)
三、波的干涉
干涉图样特征：
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。
例3.如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列正确的是（ ）
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B．a点位移始终处于最大位置
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
三、波的干涉
变式.如图所示，S1和S2是两个相干波源，其振幅均为A，周期均为T．实线与虚线分别表示两列波的波峰和波谷。此刻，c是波谷与波谷的相遇点，下列说法中正确的是（ ）
A．a处质点始终处于离平衡位置2A处
B．随着时间的推移，c处的质点将向右移动
C．从该时刻起，经过 ，c处的质点将通过平衡位置
D．若S2不动，S1沿S1b连线向b运动，则b处质点仍然始终处于平衡位置
C
(1)条件判断法：振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的路程差为Δr，当Δr＝k·时为振动加强点；当Δr＝(2k＋1)·时为振动减弱点。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。(k＝0,1,2…)
(2)现象判断法：若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为振动加强点；若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。
若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播1/4T，看该点是峰峰（或谷谷）相遇，还是峰谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点。
四、振动加强点与振动减弱点的判断方法
振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；振幅减小的点为振动减弱点。判断方法有以下两种：
例4.波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求：
（i）简谐横波的波长：
（ii）OA间合振动振幅最小的点的位置。
四、振动加强点与振动减弱点的判断方法
例5．一个波源在绳的左端发出半个波①：频率为f1，振幅为A1；
同时另一个波源在绳的右端发出半个波②：频率为f2，振幅为A2．
P为两波源的中点，由图可知，下述说法正确的是（ ）
A．两列波同时到达两波源的中点P?
B．两列波相遇后，P点波峰值可达A1+A2?
C．两列波相遇时，各自仍保持原来的波形独立传播?
D．两列波相遇时，绳上波峰可达A1+A2的点只有一点，
此点在P点的左侧?
ACD
五、波的特有现象
声波、水波、光波都能发生干涉和衍射现象。
一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。
作业
1.先复习今天所讲基础内容；
2.电子版作业的答案写在作业纸上并且拍照 上传照片到微信群；
3.预习第五节课本并做课后习题。