波的衍射和干涉ppt课件

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1、4 4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉 我们在生活中经常遇到我们在生活中经常遇到“闻其声不见其闻其声不见其人人”的事的事(如图甲如图甲)，声音为什么没被障碍物所，声音为什么没被障碍物所挡住？挡住？4 4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉 学习目标学习目标 1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。2.理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果。3.知道波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况。重重 点点1.1.衍射现象及产生明显衍射现象的条件。衍射现象及产生明显衍射现象的条件。2.2.波的叠加原理波的叠加原理。3.3.干涉现象干涉现象、干涉条

2、件及干涉图样中加强点与、干涉条件及干涉图样中加强点与减弱点的分析减弱点的分析。难难 点点1.1.波的叠加原理。波的叠加原理。2.2.波的干涉条件及加强点与减弱点的位移与振幅。波的干涉条件及加强点与减弱点的位移与振幅。在水塘里微风激起的水波遇到突出水面在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？的小石子、芦苇等会出现什么现象？会绕过会绕过它们继续传播，它们继续传播，好像它们并不存好像它们并不存在。在。空山不见人，但闻人语响。空山不见人，但闻人语响。大意：大意：幽静的山谷里不见人，幽静的山谷里不见人，只能听到人说话的声音。只能听到人说话的声音。说明声波可以绕过树木，透过树林，

3、传到远处。说明声波可以绕过树木，透过树林，传到远处。一、波的衍射一、波的衍射障碍物障碍物衍衍延展延展之意之意波的衍射波的衍射波波延展延展到到“影子影子”区域里的现象。区域里的现象。阴影区阴影区阴影区阴影区阴影区阴影区阴影区阴影区波源波源对比两幅水对比两幅水波通过孔缝波通过孔缝衍射照片，衍射照片，总结发生总结发生明明显衍射现象显衍射现象的条件的条件衍射现象衍射现象明显明显波绕过障碍物区域波绕过障碍物区域多多波绕过障碍物区域波绕过障碍物区域少少衍射现象衍射现象不明显不明显d?dd水波槽实验：探究d？明显衍射振源的频率是可以调节的，槽中放置两块振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板，形成宽

4、度可调节的小孔。可移动的挡板，形成宽度可调节的小孔。d d d 明显明显明显明显不明显不明显ddd（1 1）波长）波长一定一定时，水波通过时，水波通过宽度宽度d d不同不同的狭缝后的衍的狭缝后的衍射图样射图样在狭缝在狭缝宽度比波长大的多时宽度比波长大的多时，波的传播如同光沿直线传，波的传播如同光沿直线传播一样，挡板后面产生阴影区；在狭缝播一样，挡板后面产生阴影区；在狭缝宽度与波长相差宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，不多或者狭缝宽度比波长更小时，发生明显的衍射现象。发生明显的衍射现象。(2)(2)在狭缝宽度在狭缝宽度d d 一定一定，不同波长不同波长的水波的衍射图样的水波的衍射图样1

5、=0.3d2=0.5d3=0.7d明显明显对比三张照片会看到：对比三张照片会看到：波长与狭缝宽度相差不多时波长与狭缝宽度相差不多时，有，有明显的衍射现象，随着波长减小，衍射现象变得不明显。明显的衍射现象，随着波长减小，衍射现象变得不明显。2.2.发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件 只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相相差不多差不多，或者比波长，或者比波长更小更小时，才能观察到时，才能观察到明显明显的衍射的衍射现象。现象。1 1、比波长、比波长大大能发生明显衍射吗？能发生明显衍射吗？2 2、能说成是发生、能说成是发生衍射现象衍射现象的条件吗？的条件吗？3.

6、3.波的衍射实质分析波的衍射实质分析 波传到小孔波传到小孔(障碍物障碍物)时，时，小孔小孔(障碍物障碍物)仿佛是仿佛是一个新波源，一个新波源，由它发出的与原来由它发出的与原来同频率的同频率的波在小孔波在小孔(障障碍物碍物)后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。在衍射不明显时的近似情况。4.4.理解：理解：（1 1）衍射是波）衍射是波特有特有的现象，的现象，一切一切波都会产生衍射现象。波都会产生衍射现象。（2 2）衍射现象）衍射现象总是存在总是存在的，只有的，只有明显明显与与不明显不明显的差异。的差异。（3 3）障碍物或孔的

7、尺寸大小，并不是决定衍射能否发生）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生的条件，仅是发生明显衍射明显衍射的条件的条件（4 4）一般情况下，波长）一般情况下，波长较大较大的波容易产生的波容易产生明显的衍射明显的衍射现象。现象。水波通过桥洞时发生衍射水波通过桥洞时发生衍射 无线电波绕过高大建筑物无线电波绕过高大建筑物日晕日晕-光的衍射光的衍射声波波长：声波波长：1.7cm-17m1.7cm-17m光波波长：光波波长：0.4um-0.7um0.4um-0.7um光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？隔墙有耳隔墙有耳-声波的衍射声波的衍射 我们在生活中经常遇到我们在生活中经常遇到“

8、闻其声不见其闻其声不见其人人”的事的事(如图甲如图甲)，声音为什么没被障碍物所，声音为什么没被障碍物所挡住？挡住？例例1 1(多选多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置如图所示是观察水面波衍射的实验装置.ACAC和和BDBD是两块是两块挡板，挡板，ABAB是一个孔，是一个孔，O O是波源是波源.图中已画出波源所在区域波的传播图中已画出波源所在区域波的传播情况，情况，每两条相邻波纹每两条相邻波纹(图中曲线图中曲线)之间的距离表示一个波长，之间的距离表示一个波长，则则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()A.此时能观察到波明显的衍射现象B

9、.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，能观察到更明显的衍射现象二、波的叠加二、波的叠加 水平绳的两端分别向上抖动一下，分别有两个水平绳的两端分别向上抖动一下，分别有两个凸起状态凸起状态1 1和和2 2在绳上相向传播在绳上相向传播1.1.波传播的独立性）波传播的独立性）:几列波相遇之后，几列波相遇之后，仍然保持它们各自原仍然保持它们各自原有的特征（频有的特征（频、波长、振幅、振动方向等）、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样遇到过其他波一样

10、互不影响。互不影响。简言之：简言之：几列波相遇时各自的波长、频率等运几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响。动特征，不受其他波的影响。红绿光束空间交叉相遇红绿光束空间交叉相遇(红是红、绿是绿，红是红、绿是绿，)听乐队演奏听乐队演奏(仍可辨出不同乐器的音色、旋律仍可辨出不同乐器的音色、旋律)空中无线电波很多空中无线电波很多(仍能分别接收各个电台仍能分别接收各个电台)t 时刻时刻(t+t）时刻）时刻(t+2t）时刻）时刻(t+3t）时刻）时刻(t+4t）时刻）时刻2.2.波的叠加原理波的叠加原理（本质：位移的合成）（本质：位移的合成）振动加强振动加强振幅增大振幅增大振动减弱振动减

11、弱振幅减小振幅减小峰峰谷峰叠加原理叠加原理例例2 2 如图所示，波源如图所示，波源S S1 1在绳的左端发出频率为在绳的左端发出频率为f f1 1、振幅为、振幅为A A1 1的半个波形的半个波形a a，同时另一个波源，同时另一个波源S S2 2在绳的右端发出频率为在绳的右端发出频率为f f2 2、振幅为振幅为A A2 2的半个波形的半个波形b b，且，且f f1 1 f f2 2，P P为两个波源连线的中点为两个波源连线的中点.已已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列下列说法正确的是说法正确的是()()A.两列波比较，a波将先到

12、达P点B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1A2C.b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D.两列波相遇时，绳上位移可达A1A2的点只有一个，此点在P点的左侧 两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。现象：现象：两列两列频率相同频率相同的水波相遇后，在它们重叠的水波相遇后，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区域里出现了一条条从两个波源中间伸展出来的的相对平静的区域和激烈振动的区域，相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区这两种区域在水面上的域在

13、水面上的位置是固定的位置是固定的，而且相互隔开。，而且相互隔开。三、波的干涉三、波的干涉水波干涉图样水波干涉图样水波干涉俯视图样水波干涉俯视图样1.1.波的干涉与干涉图样波的干涉与干涉图样 频率相同频率相同的两列波叠加的两列波叠加,使某些区域的使某些区域的振动始振动始终加强终加强，某些区域的，某些区域的振动始终减弱振动始终减弱，这种现象，这种现象叫做波的干涉，形成的图样常常称为干涉图样。叫做波的干涉，形成的图样常常称为干涉图样。注注 意：意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波波的干涉是波的叠加的特殊情形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是波的特有现象。都能发生干涉，干涉和衍射都是波的特有现象

14、。(1)(1)两波源的两波源的频率相同。频率相同。(2)(2)相位差恒定。相位差恒定。S1S2为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢？某一时刻，水面上的某一点是两列波的某一时刻，水面上的某一点是两列波的波峰和波峰波峰和波峰相遇，经过相遇，经过半个周期，就变成半个周期，就变成波谷和波谷波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，相遇时，质点的位移都是最大质点的位移都是最大，等于这两列波的振幅之和等于这两列波的振幅之和，因，因此在这一点，始终是两列波干涉的此在这一点，始终是两列波干涉的加强点加强点，质点的振动最激烈。

15、，质点的振动最激烈。3.3.干涉图样的特点：干涉图样的特点：振动加强点振动加强点始终加强始终加强，振动减弱点，振动减弱点始终减弱始终减弱。振动加强区和振动减弱区互相振动加强区和振动减弱区互相间隔间隔。加强区和减弱区的位置加强区和减弱区的位置固定不变。固定不变。振动加强的区域始终加强是不是指该处振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的质点的振动位移总是为最大值？振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值？位移总是为最小值？结论结论：振动加强（或减弱）的区域是振动加强（或减弱）的区域是指质点的振幅达最大值（

16、或最小值），指质点的振幅达最大值（或最小值），而不是指振动的位移，因为不管是加而不是指振动的位移，因为不管是加强区还是减弱区，质点都在作振动，强区还是减弱区，质点都在作振动，它们的位移是时刻在变化的。它们的位移是时刻在变化的。试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点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？到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？122-2ssn 则有则有P P点到两列波的波源的距离差等于点到两列波的波源的距离差等于波长的波长的整数倍或半个波长的偶数倍。整数倍或半个波长的偶数倍。4.4.加强点和减弱点的分布加强点和减弱点的分

17、布（1 1）频率相同，振动情况相同）频率相同，振动情况相同122-21ssn（2 2）频率相同，振动情况相反）频率相同，振动情况相反122-21ssn122-2ssn 则有则有P P点到两列波的波源的距离差等于点到两列波的波源的距离差等于波长的波长的整数倍或半个波长的偶数倍。整数倍或半个波长的偶数倍。例例3 3 如图所示，如图所示，S S1 1、S S2 2是两个步调完全相同的相干波源，其是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波的振幅均保持若两列波的振幅均保持5 5 cmcm不变，关于图中所标的不变，关于图中所标的a a、b b、c c

18、、d d四点，下列说法中正确四点，下列说法中正确的是的是()A.d点始终保持静止不动B.图示时刻质点c的位移为零C.b点振动始终加强，c点振动始终减弱D.图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cmE.a点振动介于加强点和减弱点之间例4 如图(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”).波的叠加（两

19、大原理）特例：特例：干涉干涉干涉现象及规律干涉现象及规律干涉条件干涉条件应应 用用注意：振动的强弱与振幅大小相联系，不是位移的大小。注意：振动的强弱与振幅大小相联系，不是位移的大小。波的衍射波的衍射明显衍射的条件明显衍射的条件小小 结结作 业1.本节题案；2.预习第5、6节。三波的干涉：(2)、干涉的解释减弱点 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静 1.叠加原理 在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。S1S21.定义：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变.这种稳定的叠加现象叫做波的干涉.2.干涉条件 两列波的频率相同.3.干涉图样波的干涉中所形成的图样.干涉干涉是波是波特有特有的现象，一切波都会产生的现象，一切波都会产生干涉干涉现象。现象。发波水槽发波水槽毛玻璃屏幕毛玻璃屏幕反射镜反射镜电动机的振动电动机的振动起波器起波器