第3.4节 机械波的干涉和衍射-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册 ）

第三章·机械波 第04节 机械波的干涉和衍射 ( 目 标 导 航 ) 知识要点 难易度 1．波的独立传播和叠加原理． 2．形成稳定干涉图样的条件． 3．振动加强点和振动减弱点． 4．产生干涉的条件 5．衍射是波绕开障碍物传播的现象 6．明显衍射条件：孔、缝、障碍物尺寸近似或小于波长 ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ ( 知 识 精 讲 ) 知识点01 波的叠加 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：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（1）所示，两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大； 如图（2）所示，两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小． （1） （2） 【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 知识点02 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，这种现象叫作波的干涉，形成的图样常常叫作干涉图样。 2．产生干涉的两个必要条件：①两列波的频率相同 ②两个波源的相位差恒定。 3．干涉是波所特有的现象：一切波都能发生干涉，干涉是波所特有的现象。 4．干涉图样及其特征： (1)加强点：波峰和波峰相遇点，波谷和波谷相遇点振动加强，振幅A＝A1＋A2 波峰和波峰相遇点，再过T/2变成波谷和波谷相遇点。 (2)减弱点：波峰和波谷相遇点振动削弱，振幅A＝|A1－A2| (3)特征： ①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。 ②某一时刻的振动加强点连线上所有点都是振动加强点。 ③两相干波源的垂直平分线是振动加强。 ④加强区与减弱区互相间隔。 【例2】 如图所示是两个完全相同的波源在介质中叠加而成的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是(　　) A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱 B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强 D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强 知识点03 波的衍射及其特点 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。 2．发生明显衍射的条件：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。 3．衍射规律 (1)一切波都能发生衍射现象，只有波才能发生衍射。 (2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 (3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 (4)衍射后波长，频率，波速不变。 4．衍射现象的判断方法 (1)看波从波源传出后是否偏离了直线传播，只要偏离，即 “拐弯”，就认为是发生衍射。 (2)波长大小可以从题图中判断，两个波峰之间间距即为波长。 【例3】(多选)下列说法中正确的是(　　) A．孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象 B．孔的尺寸比波长小才发生衍射现象 C．只有孔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 D．只有波才有衍射现象 ( 考 点 题 型 ) 考点01 波的叠加：求两列波相遇点的位移 【例4】两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v＝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。 考点02 发生明显衍射的条件 【例5】如图所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于(　　) A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域 C．阴影Ⅱ以外区域 D．阴影Ⅲ以外区域 考点03 波动、振动和衍射的综合应用 【例6】(多选)北京时间2022年1月15日汤加发生了火山爆发，火山爆发引起了巨大的海啸。假设图甲是这次火山爆发在某地引起的海啸的一列水面波在时刻的波形图，该水面波正在海面上传播，其传播方向沿x轴的正方向，图乙是质点N的振动图像，则下列说法正确的是（　　） （A）该列波的传播速度为10 m/s （B）质点N经过0.8 s的时间将传播到距离原点10 m处 （C）在时，质点N