第4节 波的衍射
波的干涉和衍射(课堂PPT)
四、波的干涉
3．产生干涉的条件：两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干 涉图样．而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样， 则需要满足一定的条件．
产生干涉的条件：a.频率必须相等。b.振动方向一致 （同类波）c.相差恒定
4．对振动加强区和振动减弱区的判断：
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四、波的干涉
假设在两列波的叠加区域有一个P点，它到两 列波源的距离分别为S1、S2，两列波的波长 为λ。
矢量和．
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两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区 域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。
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四、波的干涉
1．波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域 的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强 和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉．
干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样． 学科网
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四、波的干涉
2．干涉的解释：如果在某一时刻，在水面上的某一 点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变 成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时， 质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这 一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激
烈.
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四、波的干涉
如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和 波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇， 在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振 动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅 相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静．
B．挡板前波纹间距离相等
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，能更明显地观察衍射现象
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二、波的叠加
两列波相遇后，彼此 穿过，继续传播，波 的形状和传播的情形 都跟相遇前一样，也 就是说，相遇后，它 们都保持各自的运动 状态，彼此都没有受 到影响．
人教版物理(选修3-4)课件：12.4波的衍射和干涉(33页)
A．该时刻质点O正处在平衡位置 B．P、N两质点始终处在平衡位置 C．随着时间的推移，质点M向O点处移动 D．从该时刻起，经过四分之一周期，质点M到达平衡位 置
【解析】
波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇的点为振动加
强点，波峰与波谷相遇的点为振动减弱的点，在波的传播方向 上，加强点的连线为加强区，减弱点的连线为减弱区，不管波 如何叠加，介质各质点均在各自的平衡位置附近振动．本题考 查对干涉图样的认识，由图可知，图中O、M为振动加强的 点，此时刻O处于波谷，M处于波峰，因此A选项错误；N、P 为振动减弱的点，又因两列波振幅相同．因此N、P两点振幅
(2)振动减弱点 如图①所示，以波源S1、S2分别将波峰、波谷传到b点时 开始计时，波源S1、S2分别引起质点b振动的图象如图③甲、 乙所示，当两列波重叠时，质点b同时参与两个振动，合振动 图象如图③丙所示．
①从波源S1、S2发出的两列波传到振动减弱的b点是反相 (即振动步调相反)的，引起b点的振动方向相反，振幅为A＝|A1 －A2|. λ ②两波源S1、S2到振动减弱的b点的距离之差Δx＝(2k＋1) 2 (k＝0,1,2，„)． ③振动减弱的b点并非一定不振动，只是振幅最小，等于 两列波的振幅之差． ④振动减弱的点都在图①中虚线上.
第四节
波的衍射和干涉
课标解读
明确要求 把握方向 学业有成
1．知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条 件． 2．理解波的叠加原理． 3．知道什么是波的干涉现象及其产生条件． 4．会用波的衍射、干涉现象解释相关问题．
教材知识梳理
感受自主学习 收获成果
一、波的衍射 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．
20-21版：第4节 波的衍射和干涉(创新设计)
第4节波的衍射和干涉学习目标核心提炼1.认识波的衍射现象、干涉现象和波的衍射图样。
1个原理——波的叠加原理2种现象——衍射、干涉现象2个条件——发生明显衍射和干涉现象的条件2个图样——波的衍射图样和稳定的干涉图样2.理解波的叠加原理。
3.知道波发生明显衍射现象的条件。
4.知道波发生干涉现象的必要条件。
5.知道衍射现象和干涉现象是波特有的现象。
一、波的衍射阅读教材第32～33页，通过演示实验，知道波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。
1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。
2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。
3.发生明显衍射现象的条件缝、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。
思考判断(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。
(√)(2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。
(×)(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。
(×)(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显。
(√)二、波的叠加阅读教材第33页，初步理解波的叠加原理。
1.波的独立传播：几列波相遇时能够保持各自的波长、频率等运动特征，继续传播。
2.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。
思维拓展当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音是否受到其他乐器影响而与这种乐器独奏时发出的声音不同？你能用学到的物理知识解释这是为什么吗？提示没有不同。
这是因为波具有独立传播的特性。
几列波相遇时能够保持各自的波长、频率等运动特征，继续传播。
三、波的干涉阅读教材第34～35页内容，通过演示实验，体会水波的干涉现象，知道波的干涉条件，以及波的干涉图样。
第四节 波的反射、折射和衍射-教案
第四、五节波的反射、折射和衍射引言：波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波振面形状、波的传播方向等均保持不变。
但是，如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。
在这种情况下，要通过求解波动方程来预言波的行为就比较复杂了。
惠更斯原理提供了一种定性的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。
一、惠更斯原理惠更斯(Christian Huygens，1629—1695) 惠更斯是最著名的物理学家之一。
惠更斯的力学研究成果很多。
1656年制成了第一座机械钟。
1673年推算出了向心力定律。
1678年他完成《光论》，提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。
惠更斯原理可以预料光的衍射现象的存在。
在数学方面：发表过关于计算圆周长、椭圆弧及双曲线的著作。
在天文学方面：研制和改进光学仪器上。
他1665年发现了土星的光环和木星的卫星(木卫六)。
1．前提条件当波在弹性介质中传播时，介质中任一点P 的振动，将直接引起其邻近质点的振动。
就P点引起邻近质点的振动而言，P点和波源并没有本质上的区别，即P点也可以看作新的波源。
例如，水面波传播时，遇到障碍物，当障碍物上小孔的大小与波长相差不多时，就会看到穿过小孔后的波振面是圆弧形的，与原来的波振面无关，就象以小孔为波源产生的波动一样。
2．惠更斯原理——是关于波面传播的理论在总结这类现象的基础上，荷兰物理学家惠更斯于1678年首先提出：介质中任一波面上的各点，都可看成是产生球面子波（或称为次波）的波源；在其后的任一时刻，这些子波的包络面就是新的波面。
3．用惠更斯原理来解释波动的传播方向不论对机械波还是电磁波，也不论波动所经过的介质是均匀的还是非均匀的，是各向同性的还是各向异性的，惠更斯原理都是适用的。
只要知道某一时刻的波面与波速，就可以根据惠更斯原理，用几何作图方法决定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。
4、波的衍射
5、波的衍射【基础知识诱思】日常生活中我们最常见最熟悉的机械波便是声波了，对于声波大家也最了解．下面请大家考虑一个问题，如果你对着高山喊一声，过一会儿你便会听到回声，此时若在山的另一边有一个人，但此人不会听到你的声音；倘若你对着的不是高山，而是一棵大树，则此时树后面的人会听到你的声音，原因何在？山后面的人听不到你的声音是因为声波没有传到山的后面，大树后的人听到了你的声音是因为声波传到了树的后面，像声波这样传播过程中绕过障碍物传到障碍物后面的这种现象为波的衍射现象．【重点难点解读】问题一：发生明显衍射现象的条件解读：（1）当障碍物或孔的尺寸比波长小时，一定能发生明显的衍射现象，如图10.4－1所示；当障碍物或孔的尺寸比波长大时，只有当“大得不多（差不多）”时，如图10.4－2所示，才发生明显的衍射现象．（2）“障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多”是发生明显衍射现象的条件，但并不是发生衍射的条件，因为障碍物的大小，关系到衍射现象是否明显，而不是决定衍射现象能否发生．（3）如果障碍物或孔的尺寸比波长大得多，则衍射现象不明显，如图10.4－3所示，波近似直线传播．问题二：波的衍射特征解读：机械波遇到障碍物或孔隙，波就会偏离原来的传播方向而绕到障碍物的后面去．我们设想从波源处向外射出的小球，当小球碰到障碍物时就会反弹，穿过孔后也不会绕到“阴影”中去，这说明遇到障碍物时，小球不可能像波那样产生衍射现象，因此衍射是波所特有而宏观实物粒子所不具有的性质．【解题技法点拨】该部分知识主要利用“明显衍射条件”进行衍射现象的分析判断和对某些衍射现象进行解释，因此，正确理解、应用明显衍射条件时尤其注意：（1）一切波都能发生衍射现象，有时明显，有时不明显；只有波才会发生衍射现象． （2）波长较长的波更容易发生明显衍射现象． 例 以下关于波的衍射的说法中正确的是（ ） A ．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B ．当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显 C ．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D ．只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象点拨：凡是波都能发生衍射现象，不过有时衍射现象明显，有时衍射现象不明显．只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，才能发生明显的衍射现象．答案：C【经典名题探究】考点一：明显衍射条件和衍射特征 例1 下列说法正确的是（ ）A ．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射B ．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显C ．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象D ．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象分析：衍射是波特有的现象，一切波都能产生衍射现象，所以A 错；光也是一种波，因而光也能发生衍射现象，所以C 错；只有当障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多或更小时，才会发生明显的衍射现象，所以B 错误；由于声波的波长较大，所以易发生明显的衍射现象，而光波的波长较小，所以很难观察到光波的明显衍射现象，D 正确．答案：D探究：一切波都能发生衍射现象，只有明显与不明显之分，波长较大的波易观察到明显衍射现象．日常中能观察到哪些波的衍射现象？（例：声波、水波）姊妹题 下列说法正确的是（ ） A ．衍射是一切波特有的现象B ．对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显C ．听到回声是声波的衍射现象D ．听到墙外人的说话声是衍射现象答案：ABD考点二：灵活运用明显衍射的条件例2 如图10.4－4所示，S 是振源，MN 是带孔的挡板，其中M 固定，N 可以上下移动，为了使原来不振动的A 点振动起来，可采用的办法是（ ）A ．增大S 的振动频率B ．减小S 的振动频率C ．N 上移D ．N 下移分析：本题以比较灵活的形式考查明显衍射条件．要使A 振动起来，则S 振动产生的波必须经小孔发生明显衍射，原来A 未振动，说明孔的尺寸太大，所以应使孔减小，C 选项正确；当然A 未振动的另一个原因是波长太小，在v 一定的前提下，要增大波长则必须减小S 的振动频率，所以B 正确．答案：BC探究：现在水波槽中只有一个振源，要想获得两个波源，你用什么办法可以做到？（提示：从波的衍射角度思考，如将一双孔木板置于水槽中）姊妹题 如图10．4－5所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图， 情况中水波的频率最大； 情况中水波的频率最小．答案：c a考点三：综合考查对明显衍射条件的理解例3 已空车气中的声速为340m/s ，现有几种声波：（1）周期为201s ；（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 ．都可以分析：考查发生明显衍射现象的条件．首先由v=λ·f ＝Tλ计算各种波的波长．题中三种声波的波长分别为λ1＝vT ＝340×201m ＝17m ；λ2=fv =0.034m ；λ3=10m ．因为λ1大于障碍物的宽度，所以能发生明显衍射现象，λ2远小于障碍物的宽度，因而不能发生明显的衍射现象；λ3与障碍物的宽度相差不多，也能发生明显衍射现象，所以C 正确．答案：C探究：如何判断一列波能否“绕”过障碍物或小孔？（障碍物或小孔的尺寸与波长相差不多或比波长更小时）姊妹题 在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz ，水波在水槽中的传播速度为0.05rn ／s ，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d 应为（ ）A ．10cmB ．5cmC ．d ＞1cmD ．d ＜1cm答案：D【思维误区诊断】易错点：产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸和波长相差不多或比波长更小，而不是波长和障碍物或小孔相差最小时．例 有一障碍物的高度为10m ，下列波衍射现象最朋显的是（ ） A ．波长为40m 的波 B ．波长为9．9m 的波 C ．频率为40Hz 的声波D ．频率为5000MHz 的电磁波（v ＝3.0×108m ／s ）[误点诊断] 错解：B ．波长为9．9m 的波的波长与障碍物的尺寸相差最小，所以衍射最明显，故B 正确．[名师批答] 题中几列波的波长分别是λA ＝40m ，λB ＝9．9m ，λC =40340m ＝8.5m ，λD ＝68105000103⨯⨯m=0.06m ．由波明显衍射条件知，λA = 40m ，大于障碍物的尺寸，而其余波长都小于障碍物的尺寸，所以A 正确．答案：A。
高中物理 第十二章 机械波 第4节 波的衍射和干涉课件
读一读
辨一辨
(3)两列波叠加时,质点的总位移一定变大。 ( ) 解析：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。 答案：× 2.探究讨论。 (1)教材波的衍射的演示中图12.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象 更明显? 答案：乙图象衍射现象更明显。 (2)医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波? 答案：超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接 收。
1.衍射是波特有的现象 (1)一切波都能发生衍射现象,只是有的明显,有的不明显。 (2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 (3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 2.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。 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。
辨一辨
二、波的叠加与波的干涉
阅读教材第33~35页,了解波的叠加原理、波的干涉现象、产生
干涉的条件。
1.什么是波的叠加原理?
答案：几列波相遇时能够保持各自的运动特征,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。
2.什么是波的干涉?
答案：B
探究一
探究二
问题导引 名师精讲 典例剖析
对波的叠加、波的干涉现象的理解 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?
波的衍射和干涉
4、波的衍射和干涉一、波的衍射1.波的衍射：波绕过障碍物的现象。
如声音传播中的“隔墙有耳”现象。
2.发生明显衍射的条件是：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
3.波的衍射现象是波所特有的现象。
二、波叠加原理和独立传播原理1.~2.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。
三、波的干涉1.波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。
注意：（1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱；（2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的。
2.产生干涉的条件：两列波的频率必须相同。
3.干涉是波特殊的叠加：频率不同的两列波相遇，叠加区各点的合振动的振幅，有时是两个振动的振幅之和，有时是两个振动的振幅之差，没有振动总是得到加强或总是减弱的区域，这样的两列波叠加，是波普通的叠加，而不是干涉。
因此，干涉是波特殊的叠加。
4.干涉也是波特有的现象。
由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。
{5.当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差△s是波长整数倍处是加强区；而路程差是半波长奇数倍处是减弱区。
振动加强位置公式：d1=s1-s2 =±nλ (n=0、1、2、3……)振动减弱位置公式：d2=s1-s2 =±（2n+1）λ/2 (n=0、1、2、3……):1．一列水波穿过小孔产生衍射现象，衍射后水波的强度减弱是因为（ ） A 、水波的波长增大 B 、水波的周期增大 C 、水波的频率减小 D 、水波的振幅减小2．如图所示，S 为波源，M 、N 为两块挡板，其中M 板固定，N 板可上下移动，两板中间有狭缝。
第四节 波的衍射
课题波的衍射授课人陈恩谱授课时间2010年12月20日星期一下午第四节课授课地点2009级3班教学目的1、在学习“什么是机械波”的基础上，学习“机械波的特有现象”——衍射，进一步加深对“波动”的认识和理解；进一步培养学生的观察能力、思辨能力和学以致用的精神、团队合作精神，以及学生学习物理的兴趣。
教学目标1、知识与技能⑴知道什么是波的衍射现象，了解惠更斯原理，知道衍射是波特有的现象；⑵知道发生明显衍射现象的条件，并能够解释相关现象。
2、过程与方法⑴通过观察水波的衍射现象、对比光的直线传播，从而知道什么是波的衍射现象；⑵调整狭缝宽度，或改变波长，观察波的衍射现象，从现象中归纳产生明显衍射现象的条件；⑶通过对“闻其声而不见其人”现象的分析，了解生活中的衍射现象。
3、情感、态度与价值观培养学生学以致用的精神、团队合作精神，以及学生学习物理的兴趣。
任务定位1、教学重点：波的衍射现象、发生明显衍射现象的条件2、教学难点：发生明显衍射现象的条件3、任务类型：认知、过程学情分析1、知识基础：学生对机械波的本质已经有了较为深刻的认识，也有水波衍射、声波衍射的相关经验，且知道光一种波，对光的直线传播有着相当深刻的印象；2、能力基础：学生的观察、思辨能力较强，知道用控制变量法探究几个物理量对物理现象的影响的思路，习惯了理论联系实际的学习方法；3、态度基础：绝大部分学生学习物理的兴趣较浓厚，乐于观察、思考，对新鲜事物保留着浓厚的探究兴趣，也习惯了小组合作探究的学习方式。
教学媒体1、Flash课件、教学视频；2、投影仪、水槽（带电动振子）和挡板、直尺。
教学方法讲授、演示、提问、讨论、实验教学时间1课时教学步骤教学过程与内容板书设计引入1、回顾：机械波——机械振动在介质中的传播；机械波的基本特点——周期性：空间——λ，时间——T。
第四节波的衍射2、本节：进一步学习波特有的现象——衍射、干涉、多普勒效应等等。
展开一、波的衍射1、波的衍射现象【观察】水波绕过石块继续传播的现象介绍：竹竿在平静的水面上激起一圈圈波纹向四周传播开去；在波的传播方向上有大小不等的一些石块。
2019-2020年人教版高中物理选修3-4教学案：第十二章 第4节 波的衍射和干涉含答案
第4节波的衍射和干涉一、波的衍射1．定义：波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12-4-1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。
图12-4-1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形波，如图丁所示，衍射现象明显。
3．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。
二、波的叠加1．波的叠加原理1.波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。
2．发生明显衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或者比波长小。
3．波的干涉是指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。
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12-4-2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12-4-2所示)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。
(如图12-4-3所示)图12-4-2 图12-4-3三、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。
第四、五节 波的反射、折射和衍射
第十章机械波第七课时【课题】第四、五节波的反射、折射和衍射【课型】高二物理班新授课【授课日期】【授课班级】【授课人】朱兆坚【教学目标】1、知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射。
2、知道波的衍射和产生明显衍射的条件。
3、知道反射、折射和衍射是一切波所特有的现象。
【教学重点】1、机械波的反射、折射和衍射现象。
2、产生明显衍射现象的条件。
【教学难点】通过实验得出明显衍射现象的条件【教学过程】< 引入 >机械波在传播过程中，遇到障碍物时，将会发生什么现象呢？下面我们就来研究这个问题。
< 新授 >一、波的反射图10—20和图10—22实验。
1、演示课本P112、波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射。
3、波的反射规律：在波的反射现象中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
4、回声：当反射回来的声波与原来的声波到达人耳的时间差大于0.1s时，我们就能感到回声。
二、波的折射图10—24实验。
1、演示课本P122、波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变，这种现象叫做波的折射。
3、波的折射规律：在波的折射现象中，波的频率不改变，波速和波长都发生了改变，入射角i与折射角r和波速之间有下述关系：sini/sinr = v1/v2，其中v1、v2分别是入射波和折射波所在介质的波速。
三、波的衍射1、演示课本P14图10—26、图10—27实验。
2、波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫波的衍射。
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现象。
※一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。
< 巩固练习 >1、举例说明波反射现象（学生回答）。
2、举例说明波衍射现象（学生回答）。
3、课本P18练习四 1、2。
4、甲、乙两人平行站在一堵墙的前面，二人相距2a米，距离两人均为3a米，当甲开了一枪后，乙在t秒后听到第一声枪响，则在什么时候第二声枪响才传到乙。
2020届人教版高中物理选修3-4教学案：第十二章 第4节 波的衍射和干涉含答案
第4节波的衍射和干涉一、波的衍射1．定义：波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12-4-1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。
图12-4-1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形波，如图丁所示，衍射现象明显。
3．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。
二、波的叠加1．波的叠加原理1.波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。
2．发生明显衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或者比波长小。
3．波的干涉是指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。
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12-4-2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12-4-2所示)两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。
(如图12-4-3所示)图12-4-2 图12-4-3三、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。
波的衍射现象及其特点分析
波的衍射现象及其特点分析波的衍射是一种波动现象，它描述了当波通过障碍物或开口时，波的传播方向会发生偏折、扩散和干涉等现象。
波的衍射是波动光学中的重要概念，不仅在科学研究中有广泛应用，也在日常生活中频繁出现。
本文将对波的衍射现象及其特点进行分析。
一、波的衍射现象衍射现象最早被荷兰科学家惠更斯研究并提出衍射原理。
当波遇到一个障碍物或经过一个开口时，波会朝着障碍物或开口的周围扩散，形成新的波前。
这种扩散导致波在物体后方形成衍射图样，即波的干涉和掠过障碍物的波绕射。
这种波的传播方式与直线传播相比，具有更广泛的倾斜角度和更大的扩散带宽。
波的衍射可分为几种主要类型：边缘衍射、孔衍射和屏障衍射。
边缘衍射发生在波通过边缘或障碍物的细小孔隙时，例如当光通过尺寸与波长相当的狭缝时，会出现明暗相间的衍射条纹。
孔衍射指的是波通过较大开口时，例如光通过一个小孔，会产生出射光的圆形扩散图案。
屏障衍射发生在波通过一个具有一定宽度的障碍物时，例如水波通过一个挡板时，会产生波前扩散和干涉的现象。
二、波的衍射特点1. 衍射角度与波长的关系。
根据惠更斯原理，波的衍射角度与波长成反比关系。
衍射角度越大，波长越短，波的扩散现象越显著。
这意味着不同波长的波在通过障碍物或开口时会发生不同程度的偏折和扩散。
2. 衍射带宽与波的宽度关系。
衍射带宽代表在波传播过程中，波的干涉和扩散所覆盖的范围。
衍射带宽与波的宽度成正比关系，波的宽度越大，衍射带宽越宽。
这意味着波在传播过程中会更加扩散，导致衍射图样的清晰度下降。
3. 衍射图样的特征。
不同类型的波通过障碍物或开口时，产生的衍射图样也具有不同的特征。
例如，边缘衍射的图样通常呈现出明暗相间的条纹，孔衍射的图样呈现出圆形扩散，屏障衍射的图样则是在屏障周围形成波前扩散的效果。
4. 波的衍射与干涉的关系。
波的衍射和波的干涉是密不可分的。
在波通过一个障碍物或开口时，波前扩散会导致干涉现象，即不同波的叠加和形成干涉条纹。
波的衍射和干涉
S1
S2
干涉是波特有的现象，一切波都会产生干涉现象。
起波器
电动机的振动
发波水槽 毛玻璃屏幕 反射镜
（1）波长λ一定时，水波通过宽度d不同的狭缝后的衍
射图样
不明显
明显
d
λ
d >λ 明显
d
d
λ
d ≈λ
λ
d <λ
在狭缝宽度比波长大的多时，波的传播如同光沿直线传 播一样，挡板后面产生阴影区；在狭缝宽度与波长相差 不多或者狭缝宽度比波长更小时，发生明显的衍射现象。
(2)在狭缝宽度d 一定，不同波长的水波的衍射图样
水波通过桥洞时发生衍射
无线电波绕过高大建筑物
日晕--光的衍射 隔墙有耳--声波的衍射
光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？
声波波长：1.7cm--17m 光波波长：0.4um--0.7um
医院中有一种“B超”仪器，常用来探测人体内 脏的位置及发现可能的病变，这种仪器为什么 要使用超声波而不用普通的声波？
结论：振动加强（或减弱）的区域是 指质点的振幅达最大值（或最小值）， 而不是指振动的位移，因为不管是加 强区还是减弱区，质点都在作振动， 它们的位移是时刻在变化的。
试从水波的干涉图样中分析出各加强区处的任一质点 到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？
4.加强点和减弱点的分布
（1）频率相同，振动情况相同
两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区 域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。
现象：两列频率相同的水波相遇后，在它们重叠 的区域里出现了一条条从两个波源中间伸展出来 的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固定的，而且相互隔开。
人教版高中物理选修3-4波的衍射和干涉
物
理
选修3-4 ·人教版
第十二章
机械波
第四节 波的衍射和干涉
学习目标
※ ※ ※
知道波的衍射现象及衍射条件 知道衍射是波特有的现象 知道两列波叠加的位移规律
※
※
理解波的干涉现象及产生干涉的条件
知道波的干涉现象是波特有的现象
• 知识导图
1
课 前 预 习
2
3 4 5
课 内 探 究
素 养 提 升
课 堂 达 标
课 时 作 识点 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 狭缝 (1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个______。 直线 (2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿 阴影区 ______传播一样，挡板后面产生“________”。②狭缝 绕到 宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波 ______挡板后面继续传播。 相差不多 更小 • 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__________，
〔对点训练
1 〕 下列现象或事实属于衍射现象的是 导学号 34734238
( C ) A．风从窗户吹进来 B．雪堆积在背风的屋后 C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影 响 D．晚上看到水中月亮的倒影
『想一想』 如图所示，日常生活中“闻其声不见其人”的物理现象的原因是什么？ 导学号 34734235
• 答案：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，很容易发生衍射现象，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的波长， 不能绕过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说 话的人。
第四节 波的衍射和干涉
三、波的干涉 两列频率相同的波相遇时， 两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现 象呢？ 象呢？
两列频率相同，振动情况相同的两列波在同一种介质中传播， 两列频率相同，振动情况相同的两列波在同一种介质中传播， 在重叠区域，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱， 在重叠区域，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱， 并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象， 并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象，这种现象叫 波的干涉。 波的干涉。 1、相干波源： 频率相同，相差恒定 、相干波源： 频率相同，
5、对于频率相同，相差等于零的相干波源，振动加强区域各点 、对于频率相同，相差等于零的相干波源， 位置的条件是该位置处的质点到两波源的距离等于波长的整 数倍， 数倍，即△s=kλ；减弱区域各点位置的条件是该位置处的 ； 质点到两波源的距离等于半个波长的奇数倍， 质点到两波源的距离等于半个波长的奇数倍，即 △s=（2k-1）λ/2。如果，两相干波源的相差为半个波长， （ ） 。如果，两相干波源的相差为半个波长， 则条件正好相反。 则条件正好相反。 6、对于稳定的干涉，加强区永远是加强区，减弱区永远是减弱 、对于稳定的干涉，加强区永远是加强区， 加强区与减弱区质点的振动周期、频率相同。 区。加强区与减弱区质点的振动周期、频率相同。 说明： 说明： （1）衍射强调的是波的绕射问题，干涉强调的是波的叠加问题。 ）衍射强调的是波的绕射问题，干涉强调的是波的叠加问题。 衍射和干涉是波所特有的现象， 衍射和干涉是波所特有的现象，不管是机械波还是电磁波 均如此。 均如此。 （2）波除了特有的干涉、衍射现象之外还有反射、折射现象 ）波除了特有的干涉、衍射现象之外还有反射、
，，， ) ∆S = S1 − S2 = nλ (n = 0 1 2 …
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2．知识规律、易错疑难小结
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解：A点拨：由于高频部分f较大，由v=fλ知， λ比较小，通过布网时，不容易发生衍射现象， 故声音损失掉的主要是高频部分，A正确．日 常生活中许多用品，家用电器都包含着物理原
理，多观察多思考，有助于对物理规律的理
解．
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1．知识结构及要点小结
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知识点3 衍射是波特有的现象 1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生 衍射．
2．凡能发生衍射现象的就是波．
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知识点4声波的衍射现象 1．声波的波长在1．7 cm～17m之间，与一般 障碍物的尺寸相比差不多，或比其大．故声波 的衍射现象极为明显．
2．闻其声不见其人，说明声波能绕过障碍物 发生明显的衍射而光波不易发生明显的衍射现 象，使声音能绕过障碍物传入人耳，而光不能 绕过障碍物传入人眼．
物，哪种声波发生的衍射现象比较明显(已知
空气中的声速为340 m/s)?
解：周期为0.05 s的声波波长为 1 vT 340 0.05m
v 17m 频率为500 Hz的声波波长为 2 0.68 m. f
因为障碍物的尺寸为15m，周期为0.05s的声波 比频率为500Hz的声波发生的衍射现象明显
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4．如图10—52所示，在整个甲介质中，有一 障碍物乙介质，当一列波在乙介质左侧的甲介 质中向右传播时，在乙介质的左侧面发生折射 而进入乙介质，又在乙介质的右侧面发生折射 而进入甲介质，这相当于“穿过”障碍物而不 是“绕过”障碍物．因而这类现象不是衍射现 象而是波的折射现象，应注意区别．
反射，故B错；C项是衍射现象，故C正确； 才能使听众听清楚．
室外演讲，声音向四周传播，所以必须用力讲，
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三、创新思维专题点拨 创新思维导析：改变衍射现象的条件，或者 是把实际生活中有关的衍射现象变换成题目， 是本节内容的创新点．解决此类问题的关键是 将思维发散，多方位、多角度分析衍射现象．
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当障碍物较小时，波能绕过障碍物而继续传播， 如果障碍物很小，(如在水槽中插一根筷子)， 则好像障碍物并不存在一样，如图10—50所 示．
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3．如果在波的传播方向上放一个有孔的屏， 当小孔足够小时，我们也会发现水波通过小孔 而到达屏的背面，从而绕过障碍物，这个小孔 好像是一个波源一样，如图10—51所示．
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JHJ
物理与生活 如层)会 发生反射现象． 思考讨论 如果遇到较小的障碍物时，又会 发生什么现象呢?
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知识详解
知识点1 波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫 做波的衍射． 2．波的衍射是波绕过障碍物继续传播，如图10—49 所示，在水槽中激起的一列水波，在波传播的方向 上放一障碍物，当障碍物较大时，波会被障碍物阻 挡，在靠近障碍物的后面没有波，类似于留下了 “影子”，只是在离障碍物较远处，波才有些绕到 “影子”区域内．虽然也偏离原来直线传播的方向， 但不很明显．
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【例2】下列现象中属于声波的衍射现象的有 ( ) A．雨天雷声轰鸣 B．山谷中听到回声 C．隔着墙壁听到别人说话声
D．在室外演讲更费力
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解：C点拨：雨天雷声轰鸣是因为云层间由于 放电产生明亮的闪光和巨大的雷声，雷声在云 层间反射，原声和回声混在一起，所以听起来 轰鸣不绝，故A错；山谷中听到回声是声音的
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【例3】音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进 入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音 箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻 碍了声音的传播，造成了声音失真．有的生产 厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐 时就可以把布网卸下来，从而获得高保真的听 觉效果．听同样的音乐不卸下布网和卸下布网 相比较，你认为声音损失掉的主要是( ) A．高频部分 C．中频部分 B．低频部分 D．不能确定
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例如：站在密闭的铁桶内的人可以听到外面 敲击物体的声音，这是声音从桶外空气折射入 桶壁，又从桶壁折射入桶内的空气中再传入人 耳的，这一现象是声波的折射现象而不是衍射 现象．
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知识点2
产生明显衍射的条件
1．产生明显衍射的条件． 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．波的衍射总是存在的，只有“明显”与 “不明显”的差异．上述条件是发生明显衍射 的条件，不是波发生衍射的条件．
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例如：“只有当孔的尺寸与波长相差不多或比 波长更小时才能发生衍射现象”这句话就不正 确． 3．波长较大的波容易产生明显的衍射现象．
4．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 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．
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点拨：解此题时首先要确定波长，然后再与障 碍物的尺寸进行比较，才能判断衍射现象是否 明显。
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二、实际应用思维专题点拨
实际应用思维导析：衍射是一切波特有的现象， 在自然界和日常生活中应用十分广泛，如听其 声，不见其人。次声波波长较长很容易发生衍 射现象，在地面上可以传播很远的距离，而超 声波波长在空气中的波长小于1.7cm，衍射现 象很不明显，表现为直线传播，常用定位系统。 蝙蝠、海豚都有一套完整的超声波定位系统， 它们正是利用超声波发现目标的．光波、电磁 波也是波，也能发生衍射现象．红外线遥感技 术正是利用红外线波长较长，衍射能力强，很 容易穿过云层进行远距离拍照的．
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一、学科综合思维专题点拨 学科综合思维导析：波的衍射现象是波的特 性．本节内容可与前面所学的波长、波速、周 波速、频率的关系，又能考查本节产生明显衍 射的条件．
期、频率的关系进行综合考查，既能考查波长、
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【例l】现有周期为0．05 s和频率为500 Hz的 两种声波，当它们传播时若遇到15 m的障碍