12.4 波的衍射和干涉 学案 -2022-2023学年高二下学期物理人教版选修3-4

波的衍射和干涉 一、知识点梳理 1.波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射. 【注意】①衍射是波特有的现象. ②一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有 的不明显而已③波的直线传播只是在衍射不明显时的近似， (2)产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大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象. 例如：声波的衍射现象很容易被观察到，这是因为声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍的尺寸相比拟.比如“隔墙有耳”“闻其声不见其人”等现象，就是因为声波发生了衍射，绕过障碍物传入人耳.而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波 长，光不能绕过障碍物发生衍射，所以隔着障碍物看不到说话的人 (3)正确理解衍射现象 ①衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射. ②凡能发生衍射现象的就是波 ③波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异 ④波长较长的波容易产生明显的衍射现象 ⑤波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，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. 超声波频率很高，波长很短，不容易发生衍射，所以超声波遇到人体不同组织的分界面时大部分会反射回来.而普通的声波，波长较长，容易发生衍射，遇到人体组织的分界面时衍射现象很明显，反射回来的波极少，不利于信号处理，所以这样的仪器使用超声波而不用普通的声波. 例1.图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动. 为使A处水也能发生振动，下列方法无效的是(　　 ) A．移动N使狭缝的宽度增大 B．使波源的频率减小 C．使波源的周期增大 D．移动N使狭缝的宽度减小 例2.（多选）下列关于波的衍射的说法正确的是（ ） A．衍射是机械波特有的现象 B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大 2.波的叠加 (1)波的独立传播原理 几列波相遇后能够保持各自的运动状态，继续传播，这一原理叫做波的独立传播原理. 【注意】波相遇后的运动情况和物体相遇后的运动情况不同 (2)波的叠加原理 几列波相遇时，在它们的重叠区域里，介质中的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于几列波单独传播时引起的位移的矢量和. 波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小．如图所示，两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大；如图所示，两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小． 例3. 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1 m/s，在t＝0时刻绳上的波形如图所示．则根据波的叠加原理，以下叙述正确的是（ ） A．当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图②所示 B．当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图③所示 C．当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图①所示 D．当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图③所示 例4. 两列简谐波沿轴相向而行，波速均为＝0.4 m/s，两波源分别位于A、B处，t＝0时的波形如图所示．当t＝2.5 s时，M点的位移为________cm，N点的位移为________cm. 3.波的干涉 (1)实验及现象 ①实验：波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的是相位相同、频率相同、振动方向也相同的两列波. ②现象：如图甲所示，两列波相遇后，水面上出现了一条条相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是稳定不变的.其图样如图乙所示，粗线表示振动加强线，细线表示振动减弱线. (2)现象解释 ①加强点：在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和. ②减弱点：在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静 (3)波的干涉的定义 频率相同的两列波叠加，某些区域的振幅加大，某些区域的振幅减小，这种现象叫波的干涉. (4)波的干涉图样 ①定义：波的干涉所形成的图样。 ②特点：a.加强区与减弱区位置不变；b.加强区始终加强，减弱区始终减弱（加强区和减弱区不随时间变化).c.加强区和减弱区互相间隔. (5)产生稳定干涉的必要条件 干涉是波叠加的