高中物理课件 波的衍射和干涉

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[试身手·夯基础]
1．下列现象属于波的衍射现象的是
()
A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声
B．“空山不见人，但闻人语响”
C．“余音绕梁，三日而不绝”
D．夏日的雷声有时轰鸣不绝
解析：选项A、D所述的现象均为声音的反射现象，所
以A、D错误；选项C所述的现象为波的反射，而不是
波的衍射。
答案：B
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2．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是
[答案] AD
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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。
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(2)条件判断法：振动情况完全相同的两波源产生的波叠加
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4．如图12－4－2所示，波长相同的水波
通过宽度不同的孔，在图甲中发生了
明显的________现象，这是因为____ ____ 的缘故；在图乙中，孔后面的水
图12－4－2
波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________________的缘故。
答案：衍射 孔的尺寸与波长差不多或比波长小
(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。
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(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。
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[解析] 从题图中看出，水波波长跟小孔尺寸相差不大， 此时能明显观察到波的衍射现象，如果孔AB扩大到比波长 大得多，就不能产生明显的衍射现象，所以A、C均正确。 波绕过障碍物后发生衍射现象时，波的特征并未发生改变， 即波的波长、频率和波速不改变，故B选项正确。当波的频 率增大，波速不变时，波长λ＝v/f变小，衍射现象就越不明 显，故D选项错误。
cm，即孔的直径 d 应与 1 cm 相当或比它还小。
答案：D
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3．利用发波水槽得到的水面波形如图12－4－1所示，则( )
图12－4－1
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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 解析：图a中可以看出只有一条狭缝，穿过水波发生明显的 衍射；图b中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域 振动减弱，是干涉现象，故D项正确。 答案：D
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1．如图12－4－3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)之间距离表示一个波长。则波经过孔之后的传播情
况，下列的描述中正确的是
()
图12－4－3
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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 观察到衍现象 [审题指导] 解答本题时应注意以下两个方面： (1)发生明显衍射的条件； (2)由图分析孔的大小和波长的关系。
时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的路程差为 Δr，当 Δr
＝
λ 2k·2
(k
＝ 0,1,2 ，
…)时
为
振动加
强点；
当
Δr
＝
(2k
＋
λ 1)·2 (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。
孔的尺寸比波长大得多
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(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 凡能发生衍射现象的就是波。
(2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的 差异。波长较长的波容易发生明显的衍射现象。
(3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新 波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播， 就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不 明显时的近似情况。
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[审题指导] (1)波的干涉中波峰与波峰相遇的点为加强点，波 峰与波谷相遇的点为减弱点。 (2)振动加强区上的点都是振动加强点，振动减弱 区上的点都是振动减弱点。 (3)加强点始终加强，减弱点始终减弱。 (4)各质点在平衡位置两侧做周期性振动。
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[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，对稳定的干涉， 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，A正确。e点 位于加强点的连线上，仍为加强点。f点位于减弱点的连线上， 仍为减弱点，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，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，D正确。
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3．波的干涉 (1)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、 振动方也向相同 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。
b．狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时： 水波 绕挡到板后面继续传播。
(3)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 察到明显的衍射象。
[关键一点] 波发生衍射是无条件的，而发生明显的衍 射现象是有条件的。
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2．波的叠加 (1)波的独立传播：两列波相遇后彼此穿过，仍然保 持各自的运动特征 ，继续传播。 (2)波的叠加：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 。
第第 十4 二节 章
新知预 习·巧设计
名师课 堂·一点通
创新演 练·大冲关
要点一 要点二
随堂检测 归纳小结 课下作业 综合提升
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1．知道什么是波的衍射现象，知道波发 生明显衍射现象的条件，知道衍射是 波特有的现象。
2．知道波的叠加原理，知道什么是波的 干涉现象和干涉图样，知道干涉现象 也是波所特有的现象。
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2．如图12－4－5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 ( )
图12－4－5
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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
(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。
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(5)干涉图样及其特征： ①干涉的示意图如图12－4－4所示。
图12－4－4
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②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。
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(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。
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(3)干涉定义： 频率 相同的两列波叠加，使某些区域的振幅 加大、 某些区域的振幅 减小 的现象。 (4)干涉图样：波的干涉中所形成的图样。 (5)干涉条件：两波的 频率 相同，两波源的相位差必 须 保持不变 。 (6)一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。 [关键一点] 在波的干涉现象中，波的加强点的振幅 大，但位移并不一定大。
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[名师点睛] (1)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波 峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为 零。只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈。 (2)振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两 列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如 果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止。
[答案] ABC
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(1)障碍物的尺寸的大小与波长大小的关系不是发生衍 射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生 明显衍射现象。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但 衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。
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(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。
3．了解波的衍射和干涉在生活中的应用， 感受物理与生活之间的联系。
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[读教材·填要点]
1．波的衍射 (1)定义：波可以绕过 障碍物继续传播的现象。 (2)实验及现象： ①实验：在水槽里放两块挡板，中间留一个 狭缝。 ②现象：
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a．狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿 直线传播一样，挡板后面产生“ 阴影区 ”。
5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是 0.05 m/s，为观察到
显著的衍射现象，小孔直径 d 应为
()
Байду номын сангаас
A．10 cm
B．5 m
C．d＞1 cm
D．d＜1 cm
解析：本题考查波发生明显衍射的条件，一般直接比较孔
的直径 d 与水波波长 λ 的关系即可。当 d＜λ 时肯定发生明
显的衍射。由题知水波的波长 λ＝vf ＝0.505 m＝0.01 m＝1