12.4 波的干涉和衍射—人教版高中物理选修3-4课件+素材

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 波的干涉和衍射 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卜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 一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。 2．稳定干涉条件 (1)两列振动方向相同的波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 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，质点振动的合振幅就等于零，并不振动，水面保持平静。 (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