第5节__波的衍射

第5节波的衍射

基础梳理

大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有现象，这就是波的衍射。

一、衍射现象

1．定义：波在向前传播遇到障碍物时，会发生，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的继续转播，这种现象就叫做波的衍射。

2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长，或者比波长时，才能观察到明显的衍射现象。

3．对衍射现象的理解：（1）衍射是波特有的现象，都会产生衍射现象；（2）衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异；（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，仅是使衍射现象的条件；（4）一般情况下，的波容易产生显著的衍射现象；（5）波传到小孔(或障碍物)时，小孔（或障碍物）仿佛是一个新的，由它发出与原来同频率的波(称为)，在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象；（6）当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象观察到。

二、生活中的衍射现象

1．声波：声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺寸相比拟。比如“隔墙有耳”，“闻其声不见其人”等现象；就是因为声波发生了，绕过障碍物传入人耳，而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光波，绕过障碍物而发生衍射现象，所以看不到说话的人。

2．无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。

3．水波：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播，这都是典型的的衍射现象。

典例剖析

例1．关于波的衍射，下列说法中错误的是（）

A．衍射是一切波的特性

B．波长与孔的宽度差不多时，能发生明显衍射

C．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显

D．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显

解析：衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多，所以ABC正确，只有D不对。

答案：D

例2．波长为0.01m的声波，在经过某一小孔时发生了明显的衍射现象，则这个小孔的

可能直径为（ ）

A ．大约为1m 左右

B ．大约为0.01m 左右

C ．大约为0.1cm 左右

D ．大约为0.1m 左右

解析：产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多。所以B 、C 正确。

答案：BC

例3．波长为60m 和17m 的两列声波在空气中传播时，下列叙述中正确的是（ ）

A ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波传播速度慢

B ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波频率小

C ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波频率大

D ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波容易发生衍射

解析：波速取决于介质，所以两种波长的波波速相同，A 错；由f v λ=可知，波速相同，波长小的频率大，B 对C 错；障碍物或孔的尺寸比波长小就会产生明显衍射现象，波长较大的波容易产生显著的衍射现象，所以D 对

答案：BD 。

例4．图10-4-1是观察水面波衍射的实验装置，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）间的距离表示一个波长，则波经过孔

之后的传播情况，下列说法中正确的是（ ）

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，将波源的频率增大，将能更明显地观察到衍射现象

解析：此时孔的尺寸与波长相近，能观察到明显的衍射现象，所以A 选项正确；衍射不改变波速和频率，所以B 选项正确；孔扩大后，将逐渐偏离发生明显衍射的条件，所以C 选项正确；而波源频率增大，会使波长变小，更加符合明显衍射条件，所以D 选项错误。 答案：ABC

点评：发生明显衍射的条件是，孔或障碍物的尺寸比波长小或差不多。

同步训练

1．原来小孔宽度与水波波长相差不多，当孔逐渐变到很宽的过程中，其衍射现象（ ）

A ．一直很明显

B ．一直不明显

C ．由很明显变得不明显

D ．由不明显变得很明显

图10-4-1

2．已知空气中的声速是340m/s 。现有几种声波：（1）周期为0.05s ；（2）频率为104Hz ；

（3）波长为10m 。它们传播时若遇到宽度约为13m 的障碍物，发生明显衍射现象的是 （ ）

A ．（１）和（２） Ｂ．（２）和（３）

Ｃ．（１）和（３） Ｄ．都可以

3．下列有关衍射说法正确的是（ ）

A ．一切波都能发生衍射

B ．在各种条件下波都能发生明显衍射

C ．只有缝、孔宽度或障碍物尺寸比波长小时，才能发生明显衍射现象

D ．障碍物尺寸比波长略大时也能发生明显衍射现象

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．下列关于波的衍射的说法正确的是

A

．衍射是一切机械波的特有的现象

B ．对同一列波，缝宽或孔、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是由于声波波长较大

5．如图10-4-2所示，波长相同的水波通过宽度不同的

孔，在a 图发生了明显的_____现象，这是因为孔的宽度和

波长_______的缘故；在b 图，孔后面的水波是在连接波源

和孔边的两条直线所限制的区域里传播，这是因为______

缘故．

6．日常生活中，一般的障碍物（尺寸为１.７cm~17m ）都“挡”不住声音，据此你是否能估算一下一般声音的频率范围？

7．将一只小瓶立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕进的现象，激发水波的振子振动频率大些好还是小些好?为什么?

8．在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz ，水波在水槽中传播速度为0.05m/s ，为使实验效果更明显,使用的小孔直径d 应满足什么条件? 参考答案：

1．C

2．C

3．AD

4．BD

5．提示：在（a ）图中发生了明显的衍射现象，当然是因为小孔的宽度和波长相差不多的缘故，在（b ）图中发生的衍射现象不明显，接近直线传播，这是因为小孔太大的缘故。

6．提示：由公式f v λ=可得，m 17m 7.1<<λ，则Hz 20000Hz 20<

7．提示：由公式f v λ=

可知，振动在水波中的传播速度是一定的，水波的频率越小，图10-4-2