3.3 机械波的传播现象 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

第三章 机械波 理解波的叠加原理，知道干涉是波叠加的结果 通过实验和生活情境认识波的反射、折射和衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件 02 01 重难点 重点 知道形成稳定干涉图样的条件 03 重难点 机械波的衍射与惠更斯原理 01 如图甲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窄缝，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。 回答下列问题： 公司logo 公司logo 观察与思考 公司logo 公司logo 观察与思考 1.水波遇到窄缝时，会观察到什么现象？如图乙所示，相同波长的水波通过尺寸不同的窄缝，观察到的现象有什么变化？ 答案　水波遇到窄缝时，水波能穿过窄缝，并能到达挡板后面。相同波长的水波通过窄缝时，窄缝的尺寸越小，水波到达挡板后面的现象越明显。 公司logo 公司logo 观察与思考 2.如图丙所示，保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长，你观察到什么现象？ 答案　可以观察到水波的波长越接近窄缝的宽度，水波到达挡板后面的现象越明显。 公司logo 公司logo 观察与思考 1 波的衍射 定义：波能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播的现象 2 明显衍射的条件 缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长 相近或者比波长更小时，能观察到明显的衍射现象。 3 说明 (1)衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。 (2)衍射只有“明显”与“不明显”之分，波的直线传播只是衍射不明显时的近似情况。 公司logo 公司logo 核心知识 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。 公司logo 公司logo 核心知识 1.如图所示为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长，下列说法正确的是 A.波通过孔A，不发生明显的衍射现象 B.波通过孔B，不发生衍射现象 C.波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象 D.波遇到障碍物D，发生明显的衍射现象 √ 例题 孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍会发生衍射现象，只是不明显，不易观察，B、C错误； 孔A和障碍物D尺寸分别小于和接近波长，会发生明显衍射现象，A错误，D正确。 机械波的反射和折射 02 水波的反射实验 公司logo 公司logo 观察与思考 水波的折射实验 公司logo 公司logo 观察与思考 1.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，继续传播。 2.在波的反射中，波的频率、波速和波长都不变。 在波的折射中，频率不变，波速和波长发生改变。 波的反射和折射 公司logo 公司logo 核心知识 波在不同介质传播的对比 波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不变的 波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变 (2)波速 v (1)频率 f 波长是由频率和波速共同决定的，在波的反射中，波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ=可知波长变长。 (3)波长λ 2.图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波，则 A.2与1的波长、频率相等，波速不等 B.2与1的波速、频率相等，波长不等 C.3与1的波速、频率、波长均相等 D.3与1的频率相等，波速、波长均不等 √ 波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ=得波长不同，故C错，D对。 例题 03 机械波的干涉 公司logo 公司logo 观察与思考 观察如图所示的两列水波相遇时和相遇后的特点，说一说两列波在传播过程中，相遇时和相遇后遵循什么规律？ 答案　(1)相遇时凸起的高度比原来的更大一些。 (2)两列波相遇后仍然保持原有的波形继续前行。 公司logo 公司logo 观察与思考 介质中的几列波相遇后，仍将保持各自原有的特性继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化 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)叠加原理 (1)独立传播 两列波相遇的规律 公司logo 公司logo 核心知识 2.如图甲所示，在一水波槽中将一根金属丝固定在振动片上，当振动片发生振动时，金属丝会周期性地振动水面，形成波源。水面就会出现一列波面为圆形的波。 (1)将两根金属丝固定在不同的振动片上，使生成的两列波的频率不同，观察两列波相遇时有什么现象？ 答案　两列波相遇时会彼此穿过，仍保持各自原来的运动状态继续传播下去。 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)将两根金属丝固定在同一振动片上，使生成的两列波相同，观察两列波相遇时(如图乙)有什么现象？ 答案　频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域。 1.定义：频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的 相对平静的区域和剧烈振动的区域。 2.干涉图样： 波的干涉 剧烈振动 ↓ 平静 ↓ 剧烈振动 ↓ 平静 ↓ 公司logo 公司logo 核心知识 ①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)。 ②加强区和减弱区的位置固定不变，加强区与减弱区互相间隔。 干涉图像的特点 公司logo 公司logo 核心知识 振动的振幅等于两列波振幅之和，即A=A1+A2 振动的振幅等于两列波振幅之差，即A=|A1-A2| (2)振动减弱点 (1)振动加强点 叠加的振幅 x 0 t A -A A1 A2 x 0 t A -A A1 A2 公司logo 公司logo 核心知识 在波的干涉现象中，能不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终为零？为什么？ 答案　不能，振动加强(减弱)点是指质点的振幅最大(小)，而不是指振动的位移最大(小)，因为位移是在时刻变化的，加强点和减弱点的位移均可以为零，只有发生干涉的两列波振幅大小相等，减弱点位移才始终为零。 公司logo 公司logo 讨论与交流 3.(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t=0时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1 m。则以下不同时刻，波形正确的是 √ √ √ 例题 波在传播的过程中各自保持独立性，根据题给波速可求出，当t=0.3 s时，x=0.3 m。两列波分别向前方传播了三个小格，恰好相遇，尚未发生叠加，各自的波形不发生变化，A正确； 同理可知，0.4 s时两列波部分相遇叠加，叠加后的波形如选项B所示，B正确； 0.5 s时部分叠加如图所示，C错误； 0.6 s时两列波恰好穿过，波形如选项D所示，D正确。 04 加强点和减弱点的分布规律 频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，若两列波传播到某处的路程相差一个波长，则此处波是加强的还是减弱的，若传播到某处的路程相差半个波长，则此处的波是加强的还是减弱的？若两波源振动步调相反呢？ 答案　当两列波传播到某处的路程差等于一个波长时，此处两列波是振动加强的，当两列波传播到某处的路程差等于半个波长时，此处两列波是振动减弱的。若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 公司logo 公司logo 讨论与交流 1.频率相同、振动情况完全相同的两波源产生的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离差为Δr，则当Δr=kλ时为加强点，当Δr=(2k+1)时为减弱点，其中k=0，1，2，3… 2.若两波源振动步调相反，则上述结论相反 1.波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点； 2.波峰与波谷相遇，则为减弱点；3.平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T，看该点是波峰和波峰(波谷和波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点 二、现象判断法 一、条件判断法 振动加强点和减弱点的判断方法 公司logo 公司logo 核心知识 4. (来自教材改编)(2024·中山市高二期末)如图所示为两个相干波源某一时刻的干涉图样，实线表示波峰，虚线表示波谷。两列波的振幅不同，a、b、c、d 是波传播路径上的四个点。此刻两列波在d点引起的位移都是零，下列说法正确的是 A.a是振动加强点，c是振动减弱点 B.无法判断d点是振动加强点还是减弱点 C.b点一直处于平衡位置 D.再经过，a点位于波谷的位置 √ 例题 a点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，故A错误； d点位于加强点的连线上，到两个波源的路程差为零，是振动加强点，故B错误； b点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点，但两列波的振幅不同，b点不会一直处于平衡位置，故C错误； 再经过，两列波的波谷传到a点，叠加后a点位于波谷的位置，故D正确。 波的干涉 特点：稳定图像 条件：频率和振动方向相同 加强点位置： 波峰和波峰叠加，波谷和波谷叠加 波源步调相同：波程差为波长整数倍 波的衍射 定义：绕过障碍物传播 条件：缝和障碍物尺寸小于等于波长 波的折射 定义：从一种介质到另一种介质 特点：频率不变，波速和波长发生改变 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 Lavf59.6.100 Lavf58.9.100 $今天为大家示范的实验室，波长一定的水波通过宽度不同的狭缝在水槽里。当水波遇到大的障碍物时，水波会被挡住。但当水波遇到小障碍物时，水波会绕过它继续传播，这种现象叫做波的衍射。那么在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢？本次实验我们将通过以下两个环节来进行，一、让水波通过狭缝观察现象。2、保持波长不变，改变狭缝的宽度观察现象。在实验中，我们需要用到以下实验器材，水波槽、挡板、水、电池。水波槽有水槽、电池。座、电机。座、振源。组成。振原油。电机。软轴、振芯。仑振子。组成。塞入一号电池，将振源座卡在水波槽侧边，并使一个振子朝下。用导线连接电源和电源。这样器材就连接好了，往水槽中倒入清水，直至水面刚好与镇子接触。打开电机，任心轮转动并带动振子作周期性振动，振子震动水面产生水波。将两块。T形挡板放在水波槽内。为更好的观察实验现象，我们将水面现象投影到幕布上，我们观察到水波通过窄缝产生一块近似扇形区域。由实验可知，水波能通过狭缝发生衍射现象。我们增大狭缝的宽度，观察到波的区域变小了。这说明衍射现象不明显了。我们减小狭缝。的宽度。观察到波的区域变大了。这说明衍射现象更明显了。由实验可知，狭缝的宽度与波长相差不多时或比波长更小时，衍射现象较为明显。在该实验中，当狭缝宽度和波长相差不多时或比波长更小时，会发生明显的衍射现象。如果狭缝的宽度远大于波长，则水波通过狭缝后基本沿直线传播，衍射现象不明显。由实验可知，狭缝的宽度与波长相差不多时或比波长更小时，衍射现象较为明显。 为了和两列波的叠加结果对比，我们先来观察一下一列水波引起湖水的震动情况。接下来我们使两个振动完全相同的波源在湖水中产生两列波，请同学们仔细观察当两列水波同时传播时，在它们重叠的区域里面有什么样的现象发生。我们可以看到有些区域的水凹凸起伏，震动幅度变大了，我们称这样的区域为震动加强区。也可以看到震动加强区的水波纹向四周传播，还有些区域的水看起来比较平坦安静，这些区域的水震动减弱了，我们称之为震动。 使用手电筒自上而下打光，可以观察到白板上出现了水波的投影，原本小镇球激起的水波纹是环状的，传播方向不明确，我们可以稍加改进，使用小镇片击出条状的水波纹，传播方向更加明确。同时还可以在水中添加一些清洁剂，增大水的粘滞系数，加快水波的衰减，防止回波产生的影响。做好一切的前期准备，我们就可以正式开始波的反射实验。在发波水槽中斜放置一块玻璃砖，可以在装置下的白屏上观察到波的反射现象。 此实验我们需要借助一块透明板，在水槽中制造出两块深度不同的水域。请同学们仔细观察水波在两块深度不同水域中的传播方向。 水波的干涉。我们用发波水槽观察水波的干涉现象。水槽中波源是固定在同一个振动片上的两根细杆。当振动片振动时，两根细杆周期性的触动水面形成两个波源，这两个波源发出的是频率相同的波，两列波的振动方向也相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位差保持不变，总是零。这两列波相遇后，在它们重叠的区域形成干涉图样。