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3-4人教版12.4波的衍射和干涉(上课用)


波的衍射和干涉

生活现象(一):

“不见其人但闻其声 ” “隔墙有耳”

生活现象

海面上有大小不一的礁石, 水波在传递过程中遇上它们时 会有什么不同呢?

一. 波的衍射
1、定义:波可以绕过障碍物而继续向前 传播的现象, 叫做波的衍射.

/> 实验一:在波长一定的情况,狭缝 宽对衍射实验的影响.

实验二:在狭缝宽度一定的情况下, 波长对衍射实验的影响

2、发生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟 波长相差不多.
说明 :①一切波都能发生衍射,衍射是波特有 的现象 . ②只是发生明显衍射现象需要条件 ③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。

思考与讨论 1、能试着解读“闻其声不见其人”中所包含 的物理知识吗? 人耳所听声音频率范围:20Hz-20000Hz 人耳所听声音波长范围:17m-17mm 人眼所能看到的可见光波长的范围: 400nm-700nm

思考与讨论

3、医院中有一种“B超”仪器,常用来探测 人体内脏的位置及发现可能的病变,这种仪 器为什么要使用超声波而不用普通的声波?
1)超声波的频率范围为大于20000Hz,其相应波 长小于17mm; 2)超声波频率高,故超声 波能量大,才容易穿透皮 肤和组织; 3)超声波波长短,不易衍 射,在一定距离内沿直线 传播,方向性好,故所拍 图像清晰。

生活现象(二)
池塘中两水波相遇时,会发生什 么现象呢?

生活现象三
开会时,大家讨论的面红耳赤,会议室内声音 特响,但还是能区分出每一个人的说话声音。

波 的 叠 加 演 示 实 验

二、波的叠加
1、波传播的独立性

1、波的独立传播原理
两列波相遇时,位移发生合成变化;相遇后, 波的形状和传播的情形都跟相遇前一样,都保持各 自的运动状态继续传播,彼此之间没有互相影响。
1、相遇前

2、相遇时刻 3、相遇过程
4、相遇后

例如: ?红绿光束空间交叉相遇 (红是红、绿是绿,…) ?听乐队演奏 (仍可辨出不同乐器的音色、旋律) ?空中无线电波很多 (仍能分别接收各个电台)

2、波的叠加原理
在几列波重叠的区域里,介质的质点 同时参与这几列波所引起的振动,质点振 动的位移等于这几列波单独传播时引起的 位移的矢量和。

频率相同的两列波叠加
实 验 演 示

实验结果:两列波相遇后,在振动着的水面上,出现 了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和 激烈振动的区域,这两种区域在水面上的位置是固定的, 而且相互隔开。

三、波的干涉
1、定义: 频率相同的两列波叠加,使某些 区域的振幅加大,某些区域的振幅减小,这 种现象叫做波的干涉。
干涉图样:由波的干涉所形成的图样

把相应的振动最激烈的质点连起来,就 是振动加强区;相应的振动最不激烈或静止 的质点连起来,就是振动减弱区,且振动加 强区和振动减弱区是相互间隔着出现的。

—振动加强 的区域总是 加强,振动 减弱的区域 总是减弱。

2、特征—

【思考与讨论】
为什么频率相同的两列波相遇时能出现 振动始终加强的区域呢?
C
B

A

3、形成稳定干涉图样的条件
1)两列波的频率相同 2)相位差恒定
注意:波的干涉是波的叠加的特殊情 形,一切波都能发生干涉,干涉和衍射 都是波的特有现象。

思考与讨论

振动加强的区域始终加强是不是指 该处的质点的振动位移总是为最大值? 振动减弱的区域始终减弱是不是指该处 的质点的振动位移总是为最小值?

结论:振动加强(或减弱)的区域是 指质点的振幅达最大值(或最小值), 而不是指振动的位移,因为不管是加 强区还是减弱区,质点都在作振动, 它们的位移是时刻在变化的。

[思考与讨论]
试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一 质点到两波源之间的距离存在什么规律?减弱区呢?

假设在两列波的叠加区域有一个P点,它到两 列波源的距离分别为S1、S2,两列波的波长为λ, 则有

4、若P点为振动加强点:
则有P点到两列波的波源的距离差等于波长 的整数倍或半个波长的偶数倍。 ?

s1 - s2 ? 2n ? 2 (n = 0,1,2,……)

5、若P点为振动减弱点:
则有P点到两列波的波源的距离差等于半个 波长的奇数倍。
?

s1 - s2 ? ?2n ? 1? ? 2 (n = 0,1,2,……)

6.振动加强点的振幅:A=A1+A2
7. 振动减弱点的振幅:A=A1-A2

【生活中波的干涉实例】
生活实例:声波的干涉——操场上装有很 多个相同的扬声器,当它们同时发声时,若绕 操场一周,将会听到某些地方声音加强,某些 地方声音减弱。

波的干涉小结:
1、定义 2、特征——振动加强的区域总是加强,振动 减弱的区域总是减弱。

3、形成稳定干涉图样的条件 1)两列波的频率相同.2)相位差恒定 4、若P点为振动加强点: s - s ? 2n ? ?
1 2

5、若P点为振动减弱点: s - s ? ?2n ?1? ? ? 1 2 2 (n = 0,1,2,……) 6.振动加强点的振幅:A=A1+A2 7. 振动减弱点的振幅:A=A1-A2

(n = 0,1,2,……)

2

【课堂练习】
1、下列关于波的衍射说法正确的是( ABD ) A、衍射是一切波特有的现象

B、对同一列波,缝、孔或障碍物越小,
衍射现象越明显

C、只有横波才能发生衍射现象,纵波不
能发生衍射现象

D、声波容易发生衍射现象,由于声波波
长较大

【课堂练习】
2、水波通过小孔,发生一定程度的衍射, 为使衍射现象更不明显,可以( A )

A、增大小孔尺寸,同时增大水波的频率
B、增大小孔尺寸,同时减小水波的频率 C、缩小小孔尺寸,同时增大水波的频率 D、缩小小孔尺寸,同时减小水波的频率

【课堂练习】
3、如图所示,S为波源,MN为两块挡板,其 中M固定,N板可上下移动,两板中间有一块 缝,此时测得A点没有发生振动,为了使A点 能振动起来,可采取的方法是( BC ) A、增大波源的频率 B、减小波源的频率 C、将N板上移一些 D、将N板下移一些

【课堂练习】
4、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正 确的是( BCD ) A、相遇后,振幅小的一列波将减弱,振幅 大的一列波将加强 B、相遇后,两列波的振动情况与相遇前完 全相同 C、在相遇区域,任一点的总位移等于两列 波分别引起的位移的矢量和 D、几个人在同一房间说话,相互听得清楚, 这说明声波在相遇时互不干扰

【课堂练习】
5、如图所示,A、B为两个完全相同的相干 波源,它们产生的两列波在AB连线的中垂 线上的P点相遇时,则( AD ) A、P点振动始终加强 B、P点振动有时加强,有时减弱 C、P点位移始终等于振幅 D、P点位移有时为零


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