人教版高中物理选修3-4知识点整理及重点题型梳理] 波的衍射、干涉 提高

人教版高中物理选修3-4

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

波的衍射、干涉

【学习目标】

1．知识什么是波的衍射现象和衍射的定义。

2．理解发生明显衍射现象的条件。

3．明确衍射是波特有的现象。

4．知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律。

5．知道波的干涉现象，知道干涉是波的特性之一。

6．理解波的干涉原理。

7．知道产生稳定的干涉现象时波具有的条件。

【要点梳理】

要点一、波的衍射

1．波的衍射

波绕过障碍物继续传播的现象．如图所示．

2．产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．

要点诠释：（1）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件．一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象．

（2）波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔或障碍物后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象．

（3）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．

3．衍射的成因

振源在介质中振动，由于介质中各质点间弹性的作用将振源的振动经介质向周围由近及远的传播而形成波，而且当波形成后就可以脱离波源而单独存在．因为振源一旦带动质点振动，这个被带动的质点可视为一个新的波源而带动其他质点振动．由此可见，凡是波动的质点均可视为一个新的波源，一个振源在平面介质中振动而形成的波，波面为一个圆．波动的质点视为一个新的子波源，根据惠更斯原理，新波源的波面也是一个圆．同一波面上的新子波源的波面的包迹就是原波源的波面．当遇到

孔或缝，当孔或缝的尺寸较大，孔中质点振动可视为很多子波源，这些子波源的波面的包迹仍保持原波面的形状，只是边缘发生了变化．当孔或缝的尺寸跟波长差不多或更小，则形成的波面是以小孔为中心的圆，这便观察到了明显的衍射现象．但惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度．4．正确理解衍射现象

（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．

（3）波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异．

（4）波长较长的波容易产生明显的衍射现象．

（5）波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，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．5．为什么“闻其声不见其人”

声波的波长在1.7 cm到17 m之间．自然界中大多数物体的尺寸都在这一范围内，故声波很容易衍射．如老师用课本挡住嘴巴讲话，学生仍可听见；又如门开一小缝，门外的人可以清晰地听到室内

～．因此。只有在特定的、人为控制的条件下才能观察到的声音等等．光波的波长约为0.4μm0.7μm

光波的衍射现象．故而我们常常是“闻其声不见其人”．

6．发生衍射时，障碍物或孔的尺寸越小越好吗

发生衍射时，障碍物或孔的尺寸不是越小越好．当障碍物或孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射现象十分突出，但由于波的能量的减弱，也不容易观察到衍射现象．

7．为什么用超声波定位

医生诊病时用一种俗称“B超”的仪器探测人体内脏的位置，发现可能的病变．这种仪器通过它的探头不断向人体发出短促的超声波（频率很高，人耳听不到的声波）脉冲，超声波遇到人体不同组织的分界面时会反射回来，又被探头接收．这些信号经电子电路处理后可以合成体内脏器的像，医生分析这些影像，做出医学诊断．

这样的仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波呢？

原来超声波频率很高，波长很短，不容易发生衍射，所以超声波遇到人体不同组织的分界面时大部分会反射回来．而普通的声波，波长较长，容易发生衍射，遇到人体组织的分界面时衍射现象很明显，反射回来的波极少，不利于信号处理，所以这样的仪器使用超声波而不用普通的声波．

要点二、波的干涉

1．波的叠加原理

几列由不同波源产生的波，当它们在同一介质中传播时，无论它们是否相遇，都将保持其原有的特性，不受其他波的影响，并按照自己原来的方向向前传播．因此，在相遇处各质点的位移等于各个波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和．这一被实验和理论所证实的规律叫波的叠加原理，它是研究波的干涉的基础．叠加原理适用于一切波．

2．波的干涉

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，并且加强区和减弱区相互间隔，这种现象叫做波的干涉．形成的图样叫干涉图样．

干涉是波叠加的结果．任意两列机械波都会叠加，但只有满足频率相同，f 1=f 2时，才能出现稳定的干涉现象．

3．两列波干涉的条件

条件：两列同类波的频率相同且振动情况相同，相差恒定．

要点诠释：（1）干涉现象中那些总是振动加强的点或振动减弱的点是建立在两波源产生的机械波波k 相同．也就是频率相同的前提下．

（2）如果两列频率相同而相差不恒定的波相叠加，得到的图样是不稳定的，而波的干涉是指波叠加中的一个特例，即产生稳定的叠加图样．

（3）如果两列波频率相同，但振幅相差很大，将不会有明显的干涉现象．因为振动加强区域与振动减弱区域都在振动．振幅差别不大．

4．对振动加强和减弱点解释

（1）振动加强点： 设波源12S S 、在质点a 分别引起的振幅为12A A 、，以“波的干涉的示意图”图中a 点波峰与波峰相遇时计时，波源12S S 、分别引起质点a 振动的图像如图(1)甲、乙所示，当两列波重叠时，质点a 同时参与两个振动，合振动图像如图(1)丙所示．

（2）振动减弱点：

如“波的干涉的示意图” 图中所示，以波源12S S 、分别将波峰、波谷传到b 点时开始计时，波源12S S 、分别引起质点b 振动的图像如图(2)甲、乙所示，当两列波重叠时，质点b 同时参与两个振