3.5 波的干涉与衍射 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

第三章 机械波 High school physics 理解波的叠加原理，会根据波的叠加原理判断振动加强点和振动减弱点。 01 通过实验知道形成稳定干涉图样的条件，认识干涉图样。 02 重难点 重点 通过实验知道波的衍射现象和波发生明显衍射现象的条件。 03 重点 能用波的干涉、衍射知识解释相关物理现象 04 波的叠加原理 01 壮观的钱塘江交叉潮 公司logo 公司logo 情境导入 两列波相遇有什么规律？ 公司logo 公司logo 观察与思考 (1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自向上抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波。①两列波相遇时凸起的高度有什么变化？ ②两列波相遇并穿过后是否还保持原来的运动状态继续传播？ 答案　相遇时凸起的高度比原来的两个更大一些。 答案　两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响。 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？ 答案　相同，没有受到其他乐器的影响。 公司logo 公司logo 讨论交流 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 1.(多选)如图甲，两列沿相反方向在同一介质中传播的横波，形状相当于正弦曲线的一半，上下对称，其振幅和波长都相等。它们在相遇的某一时刻会出现两列波“消失”的现象，如图乙。则在图乙中时刻 A.a点正在向上振动 B.a点正在向下振动 C.b点正在向上振动 D.b点正在向下振动 √ √ 例题 根据波的叠加原理可知，在两列波相遇区域，每一个质点的振动速度都等于每列波单独引起的振动速度的矢量和。题图乙中，向右传播的波使质点a向下振动，向左传播的波使质点a向下振动，下一时刻，a运动到平衡位置之下，因此质点a向下振动，故A错误，B正确； 向右传播的波使质点b向上振动，向左传播的波使质点b向上振动，下一时刻，质点b运动到平衡位置之上，因此质点b向上振动，故C正确，D错误。 (2)反相波叠加，振动减弱 (1)同相波叠加，振动加强 两列波相遇的规律 公司logo 公司logo 总结提升 波的干涉现象 02 两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？ 答案　在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和振动较强的区域。 公司logo 公司logo 观察与思考 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。 2.干涉条件：频率和振动方向相同。 波的干涉 公司logo 公司logo 核心知识 3.干涉图样及特点 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。 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 当振动频率相同、振动情况完全相同的两列波相互叠加时： (1)振动加强点到两波源的路程差满足Δx=|x2-x1|=kλ(k=0，1，2，3…)。 (2)振动减弱点到两波源的路程差满足Δx=|x2-x1|=(2k+1)·(k=0，1，2，3…) 注意：若两列波振动步调相反，则上述结论相反。 振动加强点和振动减弱点的分布规律 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 讨论交流 2.(多选)(2024·达州市高二月考)如图所示是水平面上两列频率相同的简谐波在某时刻的叠加情况，图中实线为波峰，虚线为波谷。已知两列波的振幅均为2 cm，波速均为2 m/s，波长均为8 cm，E点是B、D和A、C连线的交点。下列说法正确的是 A.A、C两处质点是振动加强的点 B.B、D两处质点在该时刻的竖直高度差是8 cm C.E处质点是振动减弱的点 D.经0.02 s，B处质点通过的路程是8 cm √ √ 例题 由题图可知，A、C为两列波的波峰与波谷的交点，都是振动减弱的点，故A错误；由题图可知，B、D两点都是振动加强的点，振幅都是4 cm，此时D点处于波峰，B点处于波谷，则B、D处两质点在该时刻的竖直高度差是8 cm，故B正确；由题图可知，E点到两列波的波峰的距离相等，两列波的波峰会同时传到E点，所以E处质点是振动加强的点，故C错误； 由T== s=0.04 s，知时间t=0.02 s为半个周期，则B处质点通过的路程为s=2×4 cm=8 cm，故D正确。 　 3. (多选)(2025·成都市高二月考)如图甲所示，在x轴上有两个波源S1和S2，两波源在纸面内做垂直于x轴的简谐运动，其振动图像分别如图乙和丙所示。两波源形成的机械波沿x轴传播的速度均为0.25 m/s，则 A.两波源形成的波不同，不能产生干涉现象 B.x=0的点为振动加强点，振幅为6 m C.x=1的点为振动减弱点， 振幅为2 m D.两波源的连线上(不含 波源)有12个振动减弱 点，它们的振幅为2 m √ √ 例题 由题图乙、丙可知两列波的周期都为4 s，则两列波的频率都为f==0.25 Hz 可知两列波的频率相同，相位差恒定，可形成稳定的干涉现象，故A错误； 两列波的波长均为λ=vT=1 m，x=0的点到两波源的波程差为Δs1=4 m-2 m =2 m=2λ ，由于两波源的起振方向相同，可知x=0的点为振动加强点，振幅为A=4 m+2 m=6 m，故B正确； x=1的点到两波源的波程差为Δs2=3 m-3 m=0，由于两波源的起振方向相同，可知x=1的点为振动加强点，振幅为A=4 m+2 m=6 m，故C错误； 设振动减弱点距离S1的距离为x，则两波源的连线上(不含波源)的点与两波源的波程差满足 (6-x)-x=(2n+1)(n=0，±1，±2，±3…)，化简得5.5-2x=n，式中0<x<6 m， 解得n=0，±1，±2，±3，±4，±5，-6，即两波源的连线上(不含波源)有12个振动减弱点，它们的振幅为2 m，故D正确。 波的衍射现象 03 青草后面有无 机械波继续传播？ 孔洞两侧岩石后面有无 机械波继续传播？ 公司logo 公司logo 观察与思考 1.定义：波能够绕到障碍物的后面传播的现象。 波的衍射 公司logo 公司logo 核心知识 发生明显的衍射需要什么条件？ 公司logo 公司logo 核心知识 如图为水波遇到不同大小的小孔时的传播情况。 (1)依次减小小孔的尺寸，观察到的衍射现象如何变化？ 增大波长，观察到的衍射现象如何变化？ 答案　小孔的尺寸减小时，衍射现象更加明显；波长越长衍射现象越明显。 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到 什么现象？ 当障碍物较小时，会观察到什么现象？ 答案　当水波遇到较大的障碍物时， 将会返回，当障碍物较小时，波能 绕过障碍物继续向前传播。 公司logo 公司logo 观察与思考 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跟波长相 差不多或比波长小时，就能观察到明显的衍射现象。 3.波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。 波的衍射 人说话声音的波长范围约为 17 厘米～1.7 米 公司logo 公司logo 核心知识 当小孔或障碍物的尺寸比波长大得多时， 波是否能发生衍射？ 答案　能，但现象不明显。 公司logo 公司logo 讨论交流 4.如图，在水槽里放三块挡板，中间留两个狭缝，水波通过狭缝前的传播情况如图所示。在挡板后M、N点放置乒乓球，下列说法正确的是 A.若两个乒乓球都振动起来，则两个乒乓球的振动频率相等 B.若右侧乒乓球振动起来，则左侧乒乓球可能没有振动 C.若两个乒乓球都振动起来，则波源的频率一定 等于乒乓球的固有频率 D.增加波源的振动频率，衍射现象更明显 √ 例题 若两个乒乓球都振动起来，都做受迫振动，其振动频率等于波源的振动频率，所以两个乒乓球的振动频率相等，故A正确； 由于左侧狭缝更窄，所以衍射现象更明显，若右侧乒乓球振动起来，则左侧乒乓球一定振动，故B错误； 若两个乒乓球都振动起来，则波源的频率一定等于乒乓球振动的频率，但不一定等于乒乓球的固有频率，故C错误； 增大波源的振动频率，则波长会变小，衍射现象变得不明显，故D错误。 波的叠加 独立传播特性：保持各自运动特征 叠加原理：位移矢量和 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 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! 备用素材 $