【优化指导】2016-2017学年高中物理 第12章 机械波 4 波的衍射和干涉课件 新人教版选修3-4

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
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 都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,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,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,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,选项D正确。 答案:AD
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λ, k 为整数, 所以
x= k+ , 可得- ≤k ≤ , 故 k=-2、 -1、 0、 1。 解得 x=0. 25 m,0. 75 m,1. 25 m,1. 75 m。
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
变式训练2 导学号38190051如图所示表示两个相干波源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, 虚线表示的是波谷,下列说法正确的是 ( )
探究一
探究二
探究二对波的叠加、波的干涉现象的理解 问题导引
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?
探究一
探究二
名师精讲 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。
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Ⅰ以外区域 C.阴影Ⅱ以外区域 D.阴影Ⅲ以外区域
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 认为波沿直线传播,故Ⅰ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Ⅱ、 Ⅲ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
变式训练3 在学校运动场上50 m直跑道的两端,分别安装了由 同一信号发生器带动的两个相同的扬声器。两个扬声器连续发出 波长为5 m的声波。一同学从该跑道的中点出发,向某一端点缓慢 行进10 m。在此过程中,他听到扬声器声音由强变弱的次数为 ( ) A.2 B.4 C.6 D.8 解析:根据波的干涉的加强点和减弱点的条件,可知当某点与两 个波源距离差为波长的整数倍时,该点为振动加强点,即声音加强 点,设距中点x处为加强点,则Δx=(25+x)-(25-x)=2x=5n,即 x=2.5n(n=0,1,2,…),所以这位同学每向前运动2.5 m,就为一个声音 加强点,10 m内共有4个加强点,故选B。 答案:B
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3.已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波:①周期为 s,②频 20 率为104 Hz,③波长为10 m,它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物, 能产生显著的衍射现象的是( ) A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以 1 340 λ = 340 × m = 17 m, λ = 2 解析:①②③三种声波的波长分别为 1 20 104 m=0.034 m,λ3=10 m,根据发生明显衍射现象的条件可知,①③两声 波的波长与障碍物的尺寸差不 多,能产生明显的衍射现象,故选项C正确。 答案:C
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利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示,则(
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A.图甲、乙均显示了波的干涉现象 B.图甲、乙均显示了波的衍射现象 C.图甲显示了波的干涉现象,图乙显示了波的衍射现象 D.图甲显示了波的衍射现象,图乙显示了波的干涉现象 解析:由波的干涉和衍射概念知图甲是一列波的传播,显示了波的衍 射现象,图乙是两列波的传播,显示了波的干涉现象,选项D正确。 答案:D
探究一
探究二
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。
探究一
探究二
典例剖析 【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,下列描述中正确的是( ) A.此时能明显观察到波的衍射现象 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
探究一
探究二
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。 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。
5. 导学号 38190052(选做题)
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如图所示, A 、B 为同一介质中振动完全相同的波源, 振幅均为 A=5 cm, 频率均为 f=100 Hz, 波速 v=10 m/s, 试说明 A 、B 发出的两列波在 P 点的干涉结果。 解析:PB= ������������2 + ������������ 2 = 152 + 202 cm=25 cm 由 v=λf 得 λ= =
探究一
探究二
4.干涉图样及其特征: (1)干涉图样:如图所示。
(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。
探究一
探究二
探究一
探究二
典例剖析 【例题2】
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。
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解析:由题图可知,O、M为振动加强的点,此时O点处于波谷,M点处 于波峰,M点是波峰与波峰相遇,只有当两波源振动相位相同时,M点 到两波源的距离差才是波长的整数倍,若两波源振动相位相反,则M 点到两波源的距离差为半波长的奇数倍,故A、C均错;N、P两点为 减弱点,又因为两列波的振幅相同,因此N、P两点的振幅为零,即两 1 点始终处于平衡位置,B正确;从该时刻经 周期,两列波分别引起 4 的振动都使M点位于平衡位置,故M点位于平衡位置,D正确。 答案:BD
4 波的衍射和干涉
情 景 导 入 我们在生活中经常遇到 “闻其声不见其人”的事(如图 所示), 声音为什么没被障碍 物所挡住?
思 维 导 图
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1.波的衍射(见课本第32页) (1)定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象。 (2)发生明显衍射现象的条件: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。 (3)波的衍射的普遍性:一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。
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2.下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( ) 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,相互间听得清楚,这说明声波在相遇时 互不干扰 解析:两列波相遇时,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点 的振动则是两列波共同作用的结果,故选项A错误,选项B、C正确。 几个人在同一房间说话,声带振动发出的声波在空间中相互叠加后, 不改变每列波的振幅、频率,所以声波传到人的耳朵后,仍能分辨 出不同的人所说的话,故选项D正确。 答案:BCD
探究一
探究二
解析:根据能发生明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波 长小或相差不多。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 ������ λ = 以波长 ������ 变小,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,也有可 能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。 答案:ABC
探究一
探究二
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=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Δl=x-(2-x),0≤x≤2。其中x、Δl以m为单位。