第三章 第4节 波的干涉（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第4节　波的干涉 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道波的叠加、干涉的概念。 理解波的叠加原理、波的干涉原理及干涉图样的特点。 通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。 学会从物理学的视角观察自然现象，产生对自然界的好奇心。 [对应学生用书P84] 一、波的叠加 1．波的独立传播：两列波在彼此相遇并穿过后，仍然保持各自的波长、频率等运动特征不变，继续传播。 2．波的叠加原理：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质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。 二、波的干涉 1．定义：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱的现象。 2．稳定干涉条件 (1)两列波的频率必须相同； (2)两个波源的相位差必须保持不变。 3．干涉的普遍性：一切波在一定条件下都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。 　(物理与生活)如图所示，水槽中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。请判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)两列波相遇并彼此穿过后各自的振动特点会受到影响。(　　×　　) (2)两列波叠加时，质点的位移一定增大。(　　×　　) (3)两列波发生干涉时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的。(　　√　　) (4)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷。(　　×　　) [对应学生用书P85] 探究点一___波的叠加原理 两人分别抓住绳子的两端，各自向上抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波。 [问题设计] (1)两列波相遇时凸起的高度有什么变化？ (2)两列波相遇并穿过后是否还保持原来的运动状态继续传播？ 提示：(1)相遇时凸起的高度比原来的两个更大一些。 (2)两列波相遇并穿过后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响。 1．波的叠加原理 (1)几列波相遇前后能够保持各自的运动状态，继续传播； (2)在它们相遇时重叠的区域里，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。图a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。 (1)两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图a所示) (2)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图b所示) 　 【例1】 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(a)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 D　解析：当t＝2 s时，根据传播速度可知，它们相互重叠，由于振动方向相反，则振动减弱，波形如图②所示；当t＝4 s时，各自传播了4 m，由于互不干扰，所以波形如图③所示，D正确。 [练1] 甲、乙两列完全相同的横波，分别从波源A、B两点沿x轴相向传播，t＝0时的图像如图所示，若两列波的波速均为1 m/s，则(　　) A．t＝0.2 s时，F点的位移最大 B．t＝0.2 s时，E、F、G三点的位移最大 C．t＝0.5 s时，F点位移最大 D．t＝0.5 s时，F点位移最小 C　解析：t＝0.2 s时，波传播的距离x＝vt＝0.2 m，两列波都刚好传到F点，此时两列波单独引起F点的振动方向均向下，但位移为0，E、G两点的位移也未达到最大，A、B错误；t＝0.5 s时，波传播的距离x＝vt＝0.5 m，两列波的波峰同时传到F点，F点的位移最大，C正确，D错误。 探究点二___波的干涉 如图所示的是声波干涉演示仪的原理图，两个U形管A和B套在一起，A管两侧各有一小孔。声波从左侧小孔传入管内，从右侧小孔传出。 [问题设计] (1)声波从左侧传入管内，被分成两列波的频率有何关系？能否发生干涉？ (2)若两列波传到右侧小孔时，传播的路程相差一个波长，则此处声波是加强的还是减弱的？若传播的路程相差半个波长，则此处的声波是加强的还是减弱的？ 提示：(1)由同一波源分成的两列波频率相同，这符合波干涉的条件。 (2)当两波的路程差等于波长时，此处两列声波的振动情况相同，振动加强，则此处声波是加强的；当两波的路程差等于半个波长时，此处两列声波的振动