第四节 机械波的干涉和衍射（教学课件）物理沪科版2020选择性必修第一册

第三章 机械波 3.4 机械波的干涉和衍射 1.理解波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件. 2.理解波的叠加原理，知道干涉是波叠加的结果. 3.知道形成稳定干涉图样的条件. 【学习目标】 导入新课 在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成了复杂而美丽的图案。这种图案是怎样产生的？ 一、波的衍射 如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题： (1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？ 答案　水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显 (2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？ 答案　当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播 1.波的衍射：波绕过　　　继续传播的现象. 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.波的衍射的普遍性：一切波都能发生　　，　　是波特有的现象.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件. 4.声波波长较长，一般在1.7 cm～17 m. 5.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况. 障碍物 相差不多 更小 衍射 衍射 例1　如图所示是观察水波衍射的实验装置.AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源.图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是 A.此时不能观察到波明显的衍射现象 B.挡板前后波纹间距离不相等 C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显 　的衍射现象 √ 解析　观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到 波明显的衍射现象，故A错误； 因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板 前后波纹间距离应相等，故B错误； 若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C正确； 若f 增大，由λ＝ ，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错误. 针对训练　如图所示为观察水面波衍射的实验示意图，CA、BD是挡板，它们之间有一窄缝，A、B分别为窄缝边缘的两点.S点表示波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长，已知A、B间的距离与波长相差不多，则波穿过窄缝之后 A.波纹之间距离变大 B.波的振幅变大 C.波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播 D.波能传播到SA、SB两直线外侧的区域 √ 解析　穿过窄缝之后，波的频率不变，波速不变，所以波长不变，即波纹间距不变，振幅不变，故选项A、B错误； 波衍射后偏离直线传播路径，故C错误，D正确. 返回 二、波的叠加 (1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？ 答案　两列波相遇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 (2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？ 答案　相同，没有受到其他乐器的影响 1.波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响. 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　　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　　　. 同时 矢量和 例2　如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形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f1<f2，P为两个波源连线的中点(图中未画出).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 A.两列波比较，a波将先到达P点 B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2 C.a、b的波峰同时到达P点 D.两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧 √ 解析　因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误； 因f1<f2，由λ＝ 可知，λ1>λ2，故当两列波同时到达P点 时，a波的波峰