版选修3_4.ppt

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1、4 波的衍射和干涉,读一读,辨一辨,一、波的衍射 阅读教材第33页,知道波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件。 1.什么是波的衍射? 答案：波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射。 2.能发生明显衍射现象的条件是什么? 答案：只有缝、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。,读一读,辨一辨,二、波的叠加与波的干涉 阅读教材第3335页,了解波的叠加原理、波的干涉现象、产生干涉的条件。 1.什么是波的叠加原理? 答案：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

2、独传播时引起的位移的矢量和。 2.什么是波的干涉? 答案：频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小,这种现象叫作波的干涉。 3.能发生明显干涉现象的条件是什么? 答案：(1)两列波的频率必须相同。(2)两个波源的相位差必须保持不变。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。 (1)“闻其声而不见其人”说明声波能发生衍射,而光却不能发生衍射。 ( ) 解析：光是一种电磁波,与声波一样都能发生衍射现象,只是光的波长太小,衍射现象很不明显。 答案： (2)将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音。 ( ) 解析：这是声波的干涉现象。干涉现象是振动加强与振动减弱的区域互相间隔且

3、分布稳定的现象。 答案：,读一读,辨一辨,(3)两列波叠加时,质点的总位移一定变大。 ( ) 解析：总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小。 答案： 2.探究讨论。 (1)教材波的衍射的演示中图12.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象更明显? 答案：乙图象衍射现象更明显。 (2)医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波? 答案：超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接收。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,对波的衍射现象的理解 在浙江歌舞剧院建院50周年的纪念活动中,评委隔着布幔或箱子做成的隔断倾听选手们的演奏。评委为什么可以隔着隔断

4、听到优美的乐声呢?要点提示：这是声波的衍射现象。声波在传播过程中遇到障碍物时,可以绕过障碍物继续传播。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.衍射是波特有的现象 (1)一切波都能发生衍射现象,只是有的明显,有的不明显。 (2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 (3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 2.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。 3.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

5、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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,4.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。衍射现象总是存在的,只是有明显和不明显的差异。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】观察水面波衍射的实验装置如图所示,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是( )A.此时能明显观察到波的衍射

6、现象 B.挡板前后波纹间距离相等 C.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象 D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察到衍射现象,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析：从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,选项A正确;因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确;若将孔AB扩大,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项C正确;若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。 答案：ABC 归纳

7、总结对波的衍射条件的理解 障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象能否明显表现的条件。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1如图所示,正中O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、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.阴影以外区域 C.阴影以外区域 D.阴影以外区域,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析：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

8、传播,故区内水面无波形,故选项A、C、D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、之内明显存在衍射波的波形,故选项B正确。 答案：B,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,对波的叠加、波的干涉现象的理解 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,他听到的声音会有什么变化?为什么?要点提示：声音忽强忽弱,因为声波发生了干涉现象。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,即各自的波长、频率等保持不变。 2.关于干涉的条件:波的叠加是无条件的,任何频率的

9、两列波在空间相遇都会叠加。但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,看不到稳定干涉图样。 3.关于加强点(区)和减弱点(区): (1)加强点:在某些点两列波引起的振动始终加强,质点的振动最剧烈,振动的振幅等于两列波的振幅之和,即A=A1+A2。 (2)减弱点:在某些点两列波引起的振动始终相互削弱,质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,即A=|A1-A2|。若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零,并不振动,水面保持平静。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4.干涉图样及其特征: (1)

10、干涉图样:如图所示。,(2)特征:加强区和减弱区的位置固定不变;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);加强区与减弱区互相间隔。若两波源振动步调相同,某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍时振动减弱,为半波长的偶数倍时振动加强。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】 导学号73884067波源S1和S2的振动方向相同,频率均为4 Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2 m,如图所示。两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同。求:(1)简谐横波的波长。 (2)O、A间合振动振幅最小的点的位置。 【思

11、考问题】 到波源距离是多少的点振动是减弱的? 提示：到S1和S2路程差是半波长的奇数倍的点,振动是减弱的。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：(1)设简谐横波波长为,频率为f,则v=f,代入已知数据,得=1 m。 (2)以O为坐标原点,设P为OA间的任意一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差l=x-(2-x),0x2,其中x、l以m为单位。,答案：(1)1 m (2)x=0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表

12、示的是波谷,下列说法正确的是( )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,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,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,对于稳定的干涉图样,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

13、遇的点,是振动减弱的点,故选项A正确;e点位于加强点的连线上,为加强点,f点位于减弱点的连线上,为减弱点,故选项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,故选项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,经半个周期步调相反,故选项D正确。 答案：AD,1 2 3 4,1.(考查产生明显衍射现象的条件)以下关于波的衍射的说法正确的是( ) A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象 B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显 C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显 D.只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时,才会发生明显的衍射现象 解析：凡是波都能发生衍射现象,不

14、过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象。 答案：C,1 2 3 4,2.(考查波的干涉现象)下列现象属于波的干涉现象的是 ( ) A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音 B.将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音 C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音 D.一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音 答案：B,1 2 3 4,3.导学号73884068(考查波的干涉特征)两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,以下关于干涉的说法错误的是( ) A.两列波的

15、频率一定相等 B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的 C.振动加强区与振动减弱区交替变化 D.振动加强区在空间的位置一直不变 解析：发生稳定的干涉现象时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的区域总是加强,减弱的区域总是减弱,故选项C说法错误。 答案：C,1 2 3 4,4.(考查干涉图样)两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示,其波峰用实线表示,波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示,在两列波相遇的空间中有M、N、Q、K四点,则振动加强的点是 ,振动减弱的点是 。 解析：当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时,振动加强。当波峰和波谷叠加时,振动减弱。在图中M点为波峰和波峰叠加,振动加强;N、Q点为波谷和波谷叠加,振动加强;K点是波峰和波谷叠加,振动减弱。 答案：M、N、Q K,