第三章 5 波的干涉与衍射-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

5　波的干涉与衍射 [学习目标] 1.理解波的叠加原理,知道波的干涉是一种特殊的叠加现象。 2.理解什么是波的衍射现象,知道波发生明显衍射的条件。 3.知道波的干涉图样的特点,理解波形成稳定干涉图样的条件。 知识点一　波的叠加原理 1.波的独立传播:几列波相遇后,仍将保持各自原有的特性(频率、振幅、振动方向、传播方向等),继续传播。 2.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。 知识点二　波的干涉现象 1.定义: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,这种稳定的叠加现象叫作波的干涉。 2.干涉的一个必要条件:两列波的频率(或波长)必须相同。 3.波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加。一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象。 知识点三　波的衍射现象 1.定义 波能够绕到障碍物的后面传播的现象,叫作波的衍射。 2.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,就能看到明显的衍射现象。 3.一切波都可发生衍射现象,一般情况下,波长较长的波衍射现象比较明显。 1.思考判断 (1)“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象。(　√　) (2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时,才会发生衍射现象。(　×　) (3)敲击音叉使其发声,然后转动音叉,听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象。(　√　) (4)只有频率相同的两列波才可以叠加。(　×　) (5)两列频率不同的水波不能发生波的干涉现象。(　√　) (6)在振动减弱的区域,各质点都处于波谷。(　×　) 2.思维探究 (1)在波的干涉中,振动加强的点始终位于波峰吗? 答案:否。振动加强点的振幅大,而不是始终位于波峰。 (2)当障碍物的尺寸比波长大时,不能发生衍射现象,对吗? 答案:错。障碍物尺寸比波长大时,也能发生衍射现象,只是现象不明显。 要点一　对波的干涉现象的理解 (1)如图所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着AB方向走来。结果他听到的声音会忽强忽弱,这属于什么物理现象? (2)在波的干涉中,振动加强的点和振动减弱的点的振动情况是怎样的?是不是振动减弱的点始终位于平衡位置不动? 答案:(1)波的干涉现象。 (2)在波的干涉中,振动加强的点是指两列波在该点的振动方向始终相同,因而使该点以两列波的振幅之和作为新的振幅做简谐运动;而振动减弱的点是指两列波在该点的振动方向始终相反,因而使该点以两列波的振幅之差作为新的振幅做简谐运动。只有当两列波的振幅相等时,所形成的干涉中振动减弱的点的振幅才为零,此时该点表现为始终处于平衡位置不动。 1.波的独立传播特性 两列波相遇后,每列波将保持各自原来的波形继续向前传播,互相不会发生干扰。 如图甲、乙所示,在同一直线上,向右传播的波1和向左传播的波2,相遇以后,各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率,继续沿着各自的方向传播,不会因为相遇而发生任何变化,也就是说相互不会因相遇而发生干扰。 2.干涉图样及其特征 (1)干涉图样:如图所示。 (2)特征。 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。 ③加强区与减弱区互相间隔。 [例1] (多选)如图所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示波谷。下列说法正确的是(　AD　) A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱 B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间 C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换 D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰 解析:波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况,形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意,对稳定的干涉,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,A正确;e位于加强点的连线上,仍为加强点,f位于减弱点的连线上,仍为减弱点,B错误;相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,C错误;因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动,经半个周期后步调相反,D正确。 对波的干涉现象的理解 (1)波的叠加是不需要条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 (2)稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相位差恒定,如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同,看不到稳定