波的衍射和干涉(修改版含多个演示动画)_图文

实验模拟 水波传递中遇到与波长差不多尺寸的小孔时：
衍生波源Q
波源P
水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生 出一个新的与波源P类似的波源Q，称为子波源。
明显衍射和有孔衍射
1、明显衍射：指传播能量的强弱及在障碍物阴 影区中所形成的波的区域大小。 2、有孔衍射：相当于在小孔处形成一个新的波源 ——子波源，其频率和波长与原波源相同。
课堂练习
3、下列关于波的衍射图象正确的是（ BC）
注意:有孔衍射的子波源在小孔处
课堂练习
4、如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其 中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块 缝，此时测得A点没有发生振动，为了使A点 能振动起来，可采取的方法是（ BC ） A、增大波源的频率
B、减小波源的频率
C、将N板上移一些
遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都 保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相 影响。
1、相遇前
2、相遇时刻
3、相遇过程
4、相遇后
波的独立传播原理
几列波在同一介质中传播，在介质中某一 点（或某一区域）相遇后，每一列波都能够 保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传 播，彼此之间互不干扰，好象没有遇到另一 列波一样。
实验结论
1、窄缝或障碍物的宽度 与波长相比非常大时， 水波将直线传播，观察 不到衍射现象。
2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍 射现象越不明显；
3、窄缝或障碍物的宽度 与波长相差不多时，有 明显的衍射现象。
演示
在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水波 通过狭缝后的传播情况。
保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波 的传播情况有什么变化。
思考与讨论
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？
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 ，则有 1、若P点为振动加强点：
则有P点到两列波的波源的距离差等于波长 的整数倍或半个波长的偶数倍。
波相遇时位移的特点
在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这 几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡 位置附近做振动，质点振动的位移等于这几列波单独 传播时引起的位移的矢量和。
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。
波的衍射和干涉(修改版含多个演示动画)_图 文.ppt
五、波 的 衍 射
生活现象
海面上有大小不一的礁石 ，水波在传递过程中遇上它们 时会有什么不同呢？
波的衍射(diffraction)
1、定义：波可以绕过障碍物继续传播的现 象叫做波的衍射。
实验研究 1、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：
2、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：
思考与讨论
振动加强的区域始终加强是不是指 该处的质点的振动位移总是为最大值？ 振动减弱的区域始终减弱是不是指该处 的质点的振动位移总是为最小值？
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。
1）超声波的频率范围为大于20000Hz，其相应波 长小于17mm；
2）超声波频率高，故超声 波能量大，才容易穿透皮 肤和组织；
3）超声波波长短，不易衍 射，在一定距离内沿直线 传播，方向性好，故所拍 图像清晰。
生活现象
池塘中两水波相遇时，会发生什 么现象呢？
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实验研究 结论：两列波相遇时，位移发生合成变化；相
形成稳定干涉图样的条件
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，产生稳定明显的干涉图样的 条件是两列波的频率相同，相位差恒定 ，且振幅相差不多。
注意：波的干涉是波的叠加的特殊情 形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射 都是波的特有现象。
波的干涉(interference)
1、定义： 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。 2、干涉图样：由波的干涉所形成的图样
波的干涉(interference)
把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振 动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连 起来，就是振动减弱区，且振动加强区和振动减 弱区是相互间隔着出现的。
1、下列关于波的衍射说法正确的是（ ABD） A、衍射是一切波特有的现象 B、对同一列波，缝、孔或障碍物越小，
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，由于声波波
长较大
课堂练习
2、水波通过小孔，发生一定程度的衍射， 为使衍射现象更不明显，可以（ A ） A、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率 B、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率 C、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率 D、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率
人耳所听声音波长范围：17m-17mm
人眼所能看到的可见光波长的范围： 400nm-700nm
2、在有些偏远的山区，收音机 能收到清晰的声音信号，而电 视机信号却不清晰，你能根据 所学的物理知识给出一个合理 的解释吗？
思考与讨论
3、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？
特征—— 振动加强的 区域总是加 强，振动减 弱的区域总 是减弱。
思考与讨论
为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区 域呢？
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，质点的位移都是最大，等于这两列波的 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。
D、将N板下移一些
课堂练习
5、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正 确的是（ BCD ） 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，相互听得清楚 ，这说明声波在相遇时互不干扰
课堂练习
6、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图 样，则（ BCD ） A、振动加强的质点，始终处于最大位移处 B、振动加强的质点的位移，有时会小于振 动削弱的质点的位移 C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终 加强 D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动、B为两个完全相同的相干 波源，它们产生的两列波在AB连线的中垂 线上的P点相遇时，则（ AD ） A、P点振动始终加强 B、P点振动有时加强，有时减弱 C、P点位移始终等于振幅 D、P点位移有时为零
生活中波的独立传播和叠加
开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音 特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。
想一想 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。
实验研究
实验结果：两列波相遇后，在振动着的水面上，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。
发生明显衍射现象的条件
1、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、衍射的实质：振动的形式和能量 传到障碍物后方的阴影区域中。
思考：衍射中真的是孔或障碍物的尺 寸越小越好吗？
当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射 到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。
波的衍射实例
1、衍射是波特有的现象，一切波都能 发生衍射。但要发生明显的衍射现象需 要满足一定的条件，当不满足时，衍射 现象虽然存在，但由于是不明显的衍射 现象，不易被我们观察到。
2、具体实例：
1）声波的衍射 ——隔墙有耳
2）电磁波的衍射 ——收看电视
思考与讨论
1、能试着解读“闻其声不见其人”中所包含 的物理知识吗？ 人耳所听声音频率范围：20Hz-20000Hz
思考与讨论
为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的 区域呢？
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。
（n = 0,1,2,……）
2、若P点为振动减弱点： 则有P点到两列波的波源的距离差等于半个
波长的奇数倍。
（n = 0,1,2,……）
生活中波的干涉实例
生活实例：声波的干涉——操场上装有很 多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕 操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些 地方声音减弱。
课堂练习