（浙江专版）2019年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉讲义（含解析）新人教版选修3_4.doc

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1、- 1 -波的衍射和干涉波的衍射探新知基础练1波的衍射定义波可以绕过障碍物继续传播的现象。2两种衍射现象(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆

2、形波，如图丁所示，衍射现象明显。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1一切波均会发生衍射现象。()2衍射不需要条件，只有明显衍射才有条件限制。()3波长长的机械波不易发生衍射现象。()释疑难对点练1发生明显衍射现象的条件只有当缝、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。2正确理解衍射现象(1)衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象，凡能发生衍射现象的一定是波。(2)衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，没有“不发生衍射”之说。(3)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件。(4)一般情况下，波长较大的波容

3、易产生显著的衍射现象。- 2 -试身手1如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(、图)或障碍物(、图)，其中能发生明显衍射现象的有( )A B C D解析：选 A 发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小，或与波长相差不多，由题图可知，、图能明显发生衍射现象，而、图不能，故选 A。波的叠加探新知基础练几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质中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独传播时引起的位移的矢量和。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1两列波相遇就会发生叠加现象。()2两列频率相同的波相遇才会发生叠加现象。()3两列波相

4、遇过后会保持各自运动状态互不干扰。()释疑难对点练1波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质中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独传播时引起的位移的矢量和。图 a 表示了分别向右、向左传播的两列波 1 和 2 在相遇区域内的叠加过程。2波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于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。两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图 a 所示)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图 b 所示)试身手2两列波叠加时，关于介质中的任一质点的振动，下列说法正确的是(

5、 )- 3 -A它的周期一定是两振动周期之和B它的频率一定是两振动频率之和C它的振幅一定是两振动振幅之和D它的位移一定是两振动位移之和解析：选 D 两列波叠加时，振动的周期和频率不一定等于两者之和。例如频率相同的两列波叠加，某点的振动频率可能等于每列波的频率，也可能不振动，A、B 错误；某点的振幅可能等于两列波的振幅之和，也可能等于两列波的振幅之差。但位移一定是两分振动的位移之和，C 错误；D 正确。波的干涉探新知基础练1波的干涉实验及现象(1)实验：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，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源，这两个波源发出的是频率相同、相位相同、振动方向也相

6、同的两列波。(2)现象：两列波相遇后，水面上出现了一条条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稳定不变的。2现象解释(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。(2)减弱点：在某些点，两列波引起的振动始终削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静。3干涉定义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的现象。(1)干涉图样：波的干涉中所形成的图样。(2)干涉条件：频率相同。(3)一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。辨是非(对的划“” ，错的划

7、“”)1两列波在介质中叠加，一定产生干涉现象。()2加强点只是振幅增大，并非任一时刻位移都大。()3振动加强点的位移一定比振动减弱点的位移大。()释疑难对点练对波的干涉现象的理解(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列同种类的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，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动- 4 -方向相同、相位差恒定。如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。(3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还

8、必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。(4)振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为 0)，但其位移随时间发生变化。(5)干涉图样及其特征：干涉的示意图如图所示：特征：a加强区和减弱区的位置固定不变；b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)；c加强区与减弱区互相间隔。试身手3.如图所示是甲、乙两列相互垂直传播的波，实线表示波峰，虚 线表示波谷，箭头表示波传播的方向。则图中 P 点(小网格中央的一点)是 ( )A振动加强点B振动减弱点C既不是加强点也不是减弱点D条件不足无法判断解析：选 B 由题图可以看出，再

9、经过 ，甲波的波峰和乙波的波谷同时到达 P 点，故知T4P 点为振动减弱点，B 正确。对衍射现象的理解典例 1 在观察水波的衍射实验中，若击打水面的振子振动的频率是 5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是 0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径 d 应为( )- 5 -A10 cm B5 cmC d1 cm D df1)，振幅为 A2， P 为两波之间绳的中点，如图所示，下列说法错误的是( )- 10 -A两列波同时到达 P 点B两列波相遇时， P 点的波峰值可达到 A1 A2C两列波相遇再分开后，各自保持原波形传播D因频率不同，这两列波相遇时不能叠加解析：选 BD 因两波源同时起

10、振，形成的都是绳波，波速相同，因此两列波同时到达 P点，选项 A 正确；因 f2f1，又 2 1，当的波峰传至 P 点时，的波峰已过了 P 点，即两波峰在 P 点不会相遇，根据波的叠加原理， P 点的波峰值不可能达到 A1 A2，选项 B 错误；根据波的独立传播原理，选项 C 正确；因为波的叠加没有限制条件，故选项 D 错误。8在同一地点有两个静止的声源，发出声波 1 和声波 2。在同一空间的空气中沿同一方向传播，如图所示为某时刻这两列波的图象，则下列说法中正确的是( )A波 1 速度比波 2 速度大B这两列波的频率相同C在这两列波传播方向上，不会产生稳定的干涉现象D相对于同一障碍物，波 1

11、比波 2 发生衍射现象更明显解析：选 CD 在同一种介质中，各种频率的机械波传播的速度相同，选项 A 错误；从题图可知波 1 的波长大于波 2 的波长，由公式 v f 可得，波 1 的频率小于波 2 的频率，选项 B 错误；由于两列波的频率不同，两列波不能发生干涉，选项 C 正确；对于同一障碍物，波长越大衍射现象越明显，选项 D 正确。9将一音叉敲响后，实验者绕着音叉走一圈，将会听到忽强忽弱的声音，这是由于( )A两叉股发出的两列声波强弱不同造成的B两叉股所发出的两列声波互相干涉造成的C在音叉周围不同位置处，空气振动的振幅不同形成的D在音叉周围不同位置处，空气振动的频率不同形成的解析：选 BC

12、 音叉两叉股完全相同，发出相同频率的两列声波，从而发生了干涉现象。易知，B、C 正确。10在空气中的同一区域内，两列声波波源的振动情况如图所示，可以肯定的是( )A a 波源的频率为 b 波源频率的 2 倍- 11 -B a 波的波长为 b 波波长的 2 倍C a、 b 两列波叠加能产生稳定的干涉D通过同一狭缝， a 波的衍射效果比 b 波明显解析：选 BD 由波的图象可以看出， a 波源的周期是 b 波源的 2 倍，所以 a 波源的频率为 b 波源频率的 ，因为波速相等(同一介质)，由 v 可知 a 波的波长等于 b 波的 2 倍，故12 TA 错误，B 正确；两列波相干的条件是频率必须相等

13、，可知 a、 b 两列波叠加不会产生稳定的干涉，C 错误；波长越长，衍射现象越明显，故 D 正确。11两列振动方向相同、振幅分别为 A1和 A2的相干简谐横波相遇。下列说法正确的是( )A波峰与波谷相遇处质点的振幅为| A1 A2|B波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为 A1 A2C波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅解析：选 AD 波峰与波谷相遇时，振幅相消，故实际振幅为| A1 A2|，故选项 A 正确；波峰与波峰相遇处，质点的振幅最大，合振幅为 A1 A2，但此处质点仍处于振动状态中，其位移随时

14、间变化，故选项 B 错误；振动减弱点和加强点的位移随时间变化，选项 C 错误；波峰与波峰相遇时振动加强，波峰与波谷相遇时振动减弱，加强点的振幅大于减弱点的振幅，故选项 D 正确。三、非选择题12两列简谐横波均沿 x 轴传播，传播速度的大小相等。其中一列沿 x 轴正方向传播(如图中实线所示)，另一列沿 x 轴负方向传播(如图中虚线所示)。这两列波的频率相等，振动方向均沿 y 轴方向。则图中 x1,2,3,4,5,6,7,8 各点中振幅最大的是 x_处的点，振幅最小的是 x_处的点。解析：在题图所示时刻，两列波引起各质点振动的位移之和都为零，但其中一些点是振动过程中恰好经过平衡位置，而另外一些点是振动减弱，对 x4 处的质点，实、虚两列波均使质点从平衡位置向上运动，是同向叠加的，即振幅为两列波分别引起的振幅之和。同理对 x8 处的质点，两列波都使该质点向下振动，也是同向叠加，即振动加强的点；而 x2与 x6 处的质点则均为反向叠加，即均为振幅最小的点。答案：4、8 2、6- 12 -