人教版高中物理选修3-4《12.4波的衍射和干涉》教学案

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1、4 波的衍射和干涉学 习 目 标 知 识 脉 络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)波的衍射先 填 空 1定义波可以绕过障碍物继续传播，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相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象3一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象再 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

2、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，仅是能否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

3、，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，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由 vf 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，BCE 选项正确【答案】 BCE2图 1241 分别表示一列水波在传播过程中

4、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( ) 图 1241【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多，能发生明显衍射【答案】 BCE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：几列波相遇时能够保持各自的运动特征 ，继续传播即各自的波长、频率等保持不变(2)波的叠加：在几列波重叠的区域里，质点同

5、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2波的干涉(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，而且振幅加大的区域和振幅减小的区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫做干涉图样(2)干涉条件：两列波的频率必须相同；两个波源的相位差必须 保持不变(3)一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象再 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

6、】 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，互相不会发生干扰如图 1242 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

7、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 12422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，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

8、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 1243 所示图 1243(2)特征：加强区和减弱区的位置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

9、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】 BCE4.图 1244 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( )图 1244AA 点一会儿在波峰，一会儿在波谷BB 点一会儿在波峰，一会儿在波谷

10、CC 点一会儿在波峰，一会儿在波谷DD 点一会儿在波峰，一会儿在波谷E质点 D 的位移始终是零【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 A1A 2.本题中由于 A1A 2，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，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】 ABD5.如图 1245 所示，波源 S1 在绳的左端发出频率为 f1，振幅为 A1 的

11、半个波形 a，同时另一个波源 S2 在绳的右端发出频率为 f2，振幅为 A2 的半个波形 b，且 f1f 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是( )图 1245A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 A1A 2Db 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 A1A 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 f1f 2，由 可知， 1 2，故当两列波同时到达 P

12、 点时，a 波的波峰离 P 点的距离比 b 波的波vf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 点左侧，此位置对应的位移为 A1A 2，位移最大，综上所述，C 错误，D、E 正确【答案】 BDE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 rk (k0,1,2，)时为加强点(2)当 r(2 k1)/2 时为减弱点(k0,1,2，) 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 T，看该点是波峰和波峰(波14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