第三章 第三节 机械波的传播现象（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（粤教版2019）

第三节　机械波的传播现象 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道波的衍射现象和发生明显衍射的条件． 2．了解惠更斯原理． 3．了解机械波的反射和折射现象． 4．知道波的干涉现象．了解干涉的条件和干涉图样的特点. 1.物理观念：波的衍射、反射、折射、干涉． 2．科学思维：对比分析波的衍射、干涉现象． 3．科学探究：通过实验观察波传播中的衍射、干涉等现象. 一、机械波的衍射与惠更斯原理 1．波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物继续传播的现象． (2)两种衍射现象 ①在水波槽中，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，只是在障碍物较远处，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在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波．当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示．当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显． (3)发生明显衍射现象的条件 只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象． 2．惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面． [思考] 观察甲、乙两图，水波通过甲、乙两缝时传播情况为什么不同？ 提示　甲图中缝的宽度比水波波长大的多，衍射现象不明显．乙图中缝的宽度跟水波波长差不多，可以发生明显的衍射现象． 二、机械波的反射和折射 1．反射、折射现象 若一列机械波从一种介质入射到另一种介质的界面上时，波的一部分发生反射，另一部分会发生折射． 2．反射、折射的规律 (1)反射波的频率、波长和波速都与入射波相同． (2)折射波的频率与入射波的频率相同．波长和波速都发生了变化． 三、机械波的干涉 1．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． 2．波的干涉 (1)定义 波的干涉：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 ①两列波的频率必然相同． ②两个波源的相位差必须恒定． ③两列波振动方向相同． [思考] 如图，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，相差恒定，振动方向相同三个特征． 探究点一　波的衍射现象 光是一种波，如图为灯泡发光的情况． (1)生活中见到的光的传播有何特点？ (2)满足什么条件才能使光发生明显的衍射现象？ 提示　(1)沿直线传播． (2)障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不多． 1．关于衍射的条件 应该说衍射是没有条件的，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． 2．波的衍射实质分析 波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况． 3．衍射现象与观察的矛盾 当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到． 如图所示，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 B　[由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多．据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故A、C、D选项不正确；该波的波长与小孔B差不多，能够发生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内明显存在衍射波的波形，故B选项正确．] [变式]　在[例1]中，若使图中Ⅰ区域的水面振动起来，在不去掉挡板A的情况下，可采取的措施是什么？ 提示　方法一是减小挡板A的宽度，使挡板A的宽度与水波的波长相差不多． [训练1]　小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视图如图所示，小河水面平静．现在S处以某一频率拍打水面，要使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是(　　) A．提高拍打水面的频率 B．降低拍打水面的频率 C．无论怎样拍打，A都不会振动起来 D．无需拍打，A也