第三章 第5节 波的干涉与衍射（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（教科版）

第5节　波的干涉与衍射 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道波的叠加现象，知道两列波相遇后的传播情况． 2．知道波的干涉现象．了解产生干涉的条件和干涉图样的特点． 3．知道波的衍射现象和发生明显衍射的条件． 4．能用波的干涉和衍射的原理解释相关的物理现象． 1.物理观念：波的叠加，波的干涉、衍射． 2．科学思维：应用波的干涉和衍射的原理解释相关的物理现象． 3．科学探究：观察水波的干涉和衍射，认识干涉图样、衍射图样的形成． 1．波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和． 2．波的叠加是波具有独立传播性的必然结果，由于质点的总位移是多个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的振动可能加强，也可能减弱． 两列波长相同且同相的波发生叠加时，振动加强，合振幅增大．(如图甲所示) 两列波长相同且反相的波发生叠加时，振动减弱，合振幅减小．(如图乙所示) [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)两列波相遇以后，各自的频率和波长都会发生变化．(×) (2)两列波叠加后合振幅一定增加．(×) 1．波的干涉 频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动加强，另一些区域的质点振动减弱，并且这两种区域互相隔开、位置保持不变的现象． 2．产生干涉的条件 (1)两列波的频率必须相同． (2)两个波源的相位差必须恒定． (3)两列波的振动方向相同． 3．干涉的普遍性 一切波只要满足一定条件都能够发生干涉，干涉是波特有的现象． [思考] 如图所示，两个波源产生的两列水波相遇后形成了稳定的干涉图样．那么这两列水波具有哪些相同的特征？ 提示　频率相同，相位差恒定，振动方向相同． 1．波的衍射：波能够绕到障碍物的后面传播的现象． 2．两种衍射现象 (1)在水槽中，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，在离障碍物较远处，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． (2)在水槽中，在波源前方放一个带缝的挡板，使波源振动产生水波．当缝较宽时发现水波经过缝后在连接波源与缝的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示．当缝较小时发现缝后的整个区域里传播着以缝为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显． 3．发生明显衍射现象的条件 当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多，或比波长小时，就能观察到明显的衍射现象． [思考] 如图所示，把一块挡板放在水波前进的方向上，挡板之间留一条缝，同一频率的水波通过两缝时传播情况为什么不同？ 提示　图甲中缝的宽度比水波波长大得多，衍射现象不明显．图乙中缝的宽度跟水波波长相差不多，可以发生明显的衍射现象． 探究点一　波的叠加和波的干涉 1．波的独立传播：介质中的几列波相遇时能够保持各自原有的运动特征继续传播，即各自的波长、频率、振幅、振动方向等保持不变． 2．干涉的条件 (1)波的叠加是无条件的，任何情况下两列波在空间相遇都会叠加．但稳定干涉图样的产生是有条件的，两列波需满足波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定的条件． (2)如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点．因此我们看不到稳定的干涉图样，只能看到一般的振动叠加现象． 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中(a)所示．根据波的叠加原理，下列叙述正确的是(　　) 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　[由题知v＝1 m/s，t＝2 s时，两列波正好重叠，叠加后各质点位移为0，对应图②；t＝4 s时，两列波已相互隔开，互不影响，对应图③，故D选项正确．] [训练1]　两列沿相反方向传播的、振幅和波长都相同的半波(如图甲)，在相遇的某一时刻两列波“消失”(如图乙)，此时图中a、b质点的振动方向是(　　) A．a向上，b向下　　 B．a向下，b向上 C．a、b都静止 D．a、b都向上 B　[根据“微平移法”可知，向右传播的波单独引起a点的振动方向向下，b点的振动方向向上，向左传播的波单独引起a点的振动方向向下，b点的振动方向向上，根据波的叠加原理可知，此时a质点的振动方向向下，b质点的振动方向向上，故B正确．] 探究点二　干涉图样的