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1、学 业 分 层 测 评 4 波的衍射和干涉 知 识 点 一 知 识 点 二 学 习 目 标 1. 理解什么是波的衍射现象，知道衍射是波特有的现象 2 知道波发生明显衍射的条件 ( 重点 ) 3 理解波的叠加原理，知道波的干涉是一种特殊的叠加现象 4 理解形成稳定干涉图样的条件 ( 难点 ) 知 识 脉 络 波的衍射 先填空 1 定义 波可以 _ _ _ _ _ _ 继续传播，这种现象叫做波的衍射 2 发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 _ _ _ _ _ 或者比波长 _ _ _ 时，才能观察到明显的衍射现象 3 一切波都能发生 _ _ _ ， _ _ _ 是波特有的现
2、象 衍射 绕过障碍物 相差不多 更小 衍射 再判断 1 孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象 ( ) 2 孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象 ( ) 3 超声波比普通声波的波长小 ( ) 后思考 1 只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差 不多时，才能发生波的衍射现象 吗？ 【提示】 障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件， 仅是发生明显衍射的条件衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象 2 是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？ 【提示】 不是当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难 观察到波的衍射 核心点击 1 衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射凡能发生衍
3、射现象的都 是波 2 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 3 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 1 一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪 种情况可以使衍射现象更明显 ( ) A 增大障碍物的尺寸 B 减小波的频率 C 缩小障碍物的尺寸 D 增大波的频率 E 缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率 【解析 】 波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波
4、的频率无关，所 以改变波的频率不会改变波速，但由 v f 可知，当波速一定时，减小频率则波 长增大而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多， 要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波 的频率来实现， B CE 选项正确 【答案】 B CE 2 图 12 4 1 分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔 (A 、 B 、 C 图 ) 或障 碍物 (D ， E 图 ) ，其中能发生明显衍射现象的有 ( ) 【 导学号： 23570062 】 图 12 4 1 【解析】 图 B 、 C 中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射，图 E 中障碍 物与波长相差不
5、多，能发生明显衍射 【答案】 B CE 衍射现象的两点提醒 ( 1) 障碍物的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， 波长越大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 波的干涉 先填空 1 波的叠加原理 (1) 波的独立传播：几列波相遇时能够 _ _ _ 各自的 _ _ _ _ _ ，继续传 播即各自的波长、频率等 _ _ _ _ _ (2) 波的叠加：在几列波重叠的区域里，质点 _ _ _ 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 保持 运动特征
6、 保持不变 同时 2 波的干涉 ( 1) 定义： _ _ 相同的两列波叠加时，某些区域的振幅 _ ，某些区域 的振幅 _ ，而且振幅 _ 的区域和振幅 _ 的区域相互间隔，这种现 象叫波的干涉，所形成的图样叫做 _ ( 2) 干涉条件：两列波的频率必须 _ ；两个波源的相位差必须 _ _ ( 3) 一切波都能发生干涉，干涉是波 _ 的现象 特有 频率 加大 减小 加大 减小 干涉图样 相同 保持不变 再判断 1 两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样 ( ) 2 在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现 象 ( ) 3 两个人一起说话，不会发生干涉现象 ( ) 后思考 1 敲
7、击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？ 【提示】 这是声波的干涉现象音叉的两股振动频率相同，这样，两列 频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是 听到声音忽强忽弱 2 有人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是 位移始终为零的点，这种说法对吗？ 【提示】 这种说法不正确在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之 和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零 同理，减弱点是以两列波 的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零 核心点击 1 波的独立传播特性 两列波相遇后，每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互相不会发 生干扰
8、 如图 12 4 2 甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波 1 和向左传播的波 2 ， 相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率，继续沿着各自的方向传 播，不会因为相遇而发生任何变化，也就是说相互不会因相遇而发生干扰 图 12 4 2 2 对波的干涉现象的理解 ( 1) 波的叠加是无需条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加 ( 2) 稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相差恒定， 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，看不到稳定的干涉图样 ( 3) 明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了 满足相干条件外，
9、还必须满足两列波振幅差别不大振幅越是接近，干涉图样 越明显 (4) 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 (5) 振动加强的点的振动总是加强，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 (6) 振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位 移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差如果两列波的振幅相同，则振动减 弱点总是处于静止状态，并不振动 3 干涉图样及其特征 ( 1) 干涉图样：如图 12 4 3 所示 图 12 4 3 ( 2) 特征： 加强区和减弱区的位置
10、固定不变 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 ) 加强区与减弱区互相间隔 3 当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在 P 点相遇，下列说法正确 的是 ( ) A 质点 P 的振动有时是减弱的 B 质点 P 的振动始终是加强的 C 质点 P 的振幅最大 D 质点 P 的位移始终最大 E 某时刻质点 P 的位移可能为零 【解析】 P 点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的， A 错误， B 正确；质点 P 处于振动加强 区，振幅最大， C 正确；对于某一个振动的质点， 位移是会随时间变化的， D 错误；质点振动到平衡位置时，位移为零， E 正确 【答案】 B
11、CE 4. 图 12 4 4 所示是水波干涉的示意图， S 1 、 S 2 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 ( ) 【 导学号： 23570063 】 A A 点一会儿在波峰，一会儿在波谷 B B 点一会儿在波峰，一会儿在波谷 C C 点一会儿在波峰，一会儿在波谷 D D 点一会儿在波峰，一会儿在波谷 E 质点 D 的位移始终是零 图 1244 【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 A 1 A 2 .本题中由于 A 1 A 2 ，故振动减 弱区的质点并不振动，
12、而此时 A 点是波峰与波峰相遇， B 点是波谷与波谷相遇， 都是加强点，又因为 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，且都是一会儿在波峰，一会儿在波谷而 C 点是波峰与波谷相遇点，是减弱点，不振动 【答案】 A B D 5. 如图 12 4 5 所示，波源 S 1 在绳的左 端发出频率为 f 1 ，振幅为 A 1 的半个波 形 a ，同时另一个波源 S 2 在绳的右端发出频率为 f 2 ，振幅为 A 2 的半个波形 b ，且 f 1 f 2 ， P 为两个波源连线的中点已知机械波在介质中传播的速度只由介质本 身的性质决定下列说法正确的
13、是 ( ) 图 12 4 5 A 两列波比较， a 波将先到达 P 点 B 两列波同时到达 P 点 C 两列波在 P 点叠加时， P 点的位移最大可达 A 1 A 2 D b 的波峰到达 P 点时， a 的波峰还没有到达 P 点 E 两列波相遇时，绳上位移可达 A 1 A 2 的点只有一个，此点在 P 点的左 侧 【解析】 因两波波速相等，故两列波能同时到达 P 点， A 错误， B 正确； 因 f 1 f 2 ，由 v f 可知， 1 2 ，故当两列波同时到达 P 点时， a 波的波峰离 P 点的距离比 b 波的波峰离 P 点的距离大，因此两波峰不能同时到达 P 点，两波 峰应相遇在 P 点
14、左侧，此位置对应的位移为 A 1 A 2 ，位移最大，综上所述， C 错误， D 、 E 正确 【答案】 B D E 判断振动加强和减弱的常用方法 1 条件判断法 振动频率相同、振动步调完 全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源 的距离差为 r . (1) 当 r k ( k 0,1,2 ， ) 时为加强点 (2) 当 r (2 k 1 ) /2 时为减弱点 ( k 0,1,2 ， ) 若两波源振动步调相反，则上述结论相反 2 现象判断法 若某点总是波峰与波峰 ( 或波谷与波谷 ) 相遇，该点为加强点；若某点总是波 峰与波谷相遇，则为减弱点 若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播 1 4 T ，看该点是波峰 和波峰 ( 波谷与波谷 ) 相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减 弱点
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