学年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉教学案新人教版选修34Word文档下载推荐.docx

学年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉教学案新人教版选修34Word文档下载推荐.docx

《学年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉教学案新人教版选修34Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中物理第十二章机械波第4节波的衍射和干涉教学案新人教版选修34Word文档下载推荐.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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。

二、波的叠加

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1242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1242所示）

两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。

（如图1243所示）

　　　　　　图1242　　　　　　图1243

三、波的干涉

1．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。

2．稳定干涉条件

（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。

3．干涉的普遍性

一切波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。

1．自主思考——判一判

（1）“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象。

（√）

（2）在操场上不同位置听到学校喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象。

（×

）

（3）两列频率不同的水波不能发生波的干涉现象。

（4）不是所有的波都能发生干涉。

（5）只有障碍物尺寸和波长差不多时，才能发生衍射现象。

2．合作探究——议一议

（1）既然一切波都能够发生衍射，那为什么生活中见不到光波的衍射现象？

提示：

光波的波长通常在0.4～0.7μm的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光的衍射，看到的是光的直线传播。

（2）如图1244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。

图1244

结果他听到的声音会忽强忽弱，这属于什么物理现象？

波的干涉现象。

对波的衍射现象的理解

1．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。

2．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。

3．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。

1．（多选）“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸（　　）

A．跟声波波长相差不大，使声波发生明显衍射

B．比声波波长大得多，声波不能发生衍射

C．可以跟光波波长相比较，使光波也发生衍射

D．比光波波长大得多，故光波不能发生明显衍射

解析：

选AD　“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸跟声波的波长相差不大，使声波发生明显衍射，而光波的波长很小，不能发生明显衍射，故A、D正确。

2．（多选）在做水波通过小孔衍射的演示实验中，激发水波的振子振动频率为5Hz，水波在水槽中传播速度为5cm/s，小孔直径d选用下列哪些尺寸可使实验效果比较明显（　　）

A．1m　　　　　　　　　B．0.8m

C．0.8cmD．1.2cm

选CD　在水槽中，振子振动所激发的水波波长为λ＝＝cm＝1cm，小孔尺寸与波长相差不大时，易发生明显衍射现象。

所以C、D正确。

3.如图1245所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、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（　　）

图1245

A．整个区域

B．阴影Ⅰ以外区域

C．阴影Ⅱ以外区域

D．上述选项均不对

选B　从图中可以看出挡板A比波长大得多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象。

故B正确。

对干涉现象的理解

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

（1）波的叠加是无条件的，任何频率的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，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定。

（2）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．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，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，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。

4．干涉图样及其特征

（1）干涉图样：

如图1246所示。

图1246

（2）特征：

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。

[典例]　波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2m，如图1247所示。

两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4m/s。

已知两波源振动的初始相位相同。

求：

图1247

（1）简谐横波的波长。

（2）OA间合振动振幅最小的点的位置。

[思路点拨]

（1）两列频率相同的简谐横波相遇时发生干涉现象。

（2）振幅最小的点到两波源的距离之差为半波长的奇数倍。

[解析]　

（1）设简谐横波波长为λ，频率为f，则v＝λf，代入已知数据，得λ＝1m。

（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Δl＝x－（2－x），0≤x≤2。

其中x、Δl以m为单位。

合振动振幅最小的点的位置满足Δl＝λ，k为整数，所以x＝k＋，可得－≤k≤，故k＝－2、－1、0、1。

解得：

x＝0.25m，0.75m,1.25m,1.75m。

[答案]　

（1）1m　

（2）x＝0.25m,0.75m,1.25m,1.75m

振动加强点与振动减弱点的判断方法

（1）振动加强点和振动减弱点的理解：

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最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动着，位移可为零；

振幅减小的点为振动减弱点。

（2）条件判断法：

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：

设点到两波源的路程差为Δr，当Δr＝2k·

（k＝0,1,2，…）时为振动加强点；

当Δr＝（2k＋1）·

（k＝0,1,2…）时为振动减弱点。

若两波源振动步调相反，则上述结论相反。

（3）现象判断法：

若某点总是波峰与波峰（或波谷与波谷）相遇，该点为振动加强点；

若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点。

1．（多选）如图1248所示，P点为两波之间线段的中点，下列说法正确的是（　　）

图1248

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＋A2

C．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

选AC　因两列波速度相等，故同时到达P点，选项A正确；

但两列波的波峰不可能同时在P点相遇，选项B错误；

两列波相遇时，尽管频率不同，但仍能相互叠加，两列波分开后互不影响，各自保持原来的波形独立传播，故选项C正确，D错误。

2.如图1249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（　　）

图1249

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

选B　由图像可以看出，再经过，甲波的波峰和乙波的波谷同时到达P点，故知P点为振动减弱点，B正确。

3.消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题，内燃机、通风机等在排放各种高速气体的过程中都发出噪声，干涉型消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。

干涉型消声器的结构及气流运行如图12410所示，产生的波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。

在声波到达a处时，分成两束相干波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到削弱噪声的目的。

若Δr＝r2－r1，则Δr等于（　　）

图12410

A．波长λ的整数倍　　B．波长λ的奇数倍

C．半波长的奇数倍D．半波长的偶数倍

选C　要想达到消声的目的，应使两相干波的路程差等于半波长的奇数倍，故选项C正确。

1．利用发波水槽得到的水面波形如图1（a）、（b）所示，则（　　）

图1

A．图（a）、（b）均显示了波的干涉现象

B．图（a）、（b）均显示了波的衍射现象

C．图（a）显示了波的干涉现象，图（b）显示了波的衍射现象

D．图（a）显示了波的衍射现象，图（b）显示了波的干涉现象

选D　由波的干涉和衍射概念知，图（a）是一列波的传播，显示了波的衍射现象，图（b）是两列波的传播，显示了波的干涉现象。

2．蝉是利用了a发出声音，某同学围绕蝉歇息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蝉鸣声，这是由于声波的b现象，a、b组合正确的是（　　）

A．蝉的嘴　干涉　　　　　　B．蝉的腹鼓　干涉

C．蝉的翅膀　共振D．蝉的嘴　共振

选B　蝉发出声音是蝉的腹鼓振动发出的，某同学围绕蝉歇息的树干走了一圈，听到忽高忽低的蝉鸣声，是声波的干涉现象，故B正确。

3．（多选）如图2所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，a、b、c三点位于S1、S2连线的中垂线上，且ab＝bc。

某时刻a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，则（　　）

图2

A．a处质点始终处于波峰B．c处质点始终处于波谷

C．b处质点为振动加强点D．c处质点为振动加强点

选CD　由于a是两列波波峰的相遇点，c是两列波波谷的相遇点，所以a点和c点均为振动加强点。

但是，只要a、c点有振动，位移就有变化，不能说a、c点始终在波峰或波谷，A、B错误；

S1、S2传到b点的振动同步，所以b点也是振动加强点，实际上在S1、S2连线的中垂线上的任何点都是振动加强点，C、D正确。

4．（多选）如图3所示，S1、S2为两个振动情况完全一样的波源，两列波的波长都为λ，它们在介质中产生干涉现象，S1、S2在空间共