高二物理选修3-4 12.4 波的衍射和干涉 LI

【思考与讨论】 思考与讨论】 3、医院中有一种“B超”仪器，常用来探测 医院中有一种“ 仪器， 人体内脏的位置及发现可能的病变， 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？ 器为什么要使用超声波而不用普通的声波？
1）超声波的频率范围为大于20000Hz，其相应波 超声波的频率范围为大于20000Hz 20000Hz， 长小于17mm 17mm； 长小于17mm； 2）超声波频率高，故超声 超声波频率高， 波能量大， 波能量大，才容易穿透皮 肤和组织； 肤和组织； 3）超声波波长短，不易衍 超声波波长短， 射，在一定距离内沿直线 传播，方向性好， 传播，方向性好，故所拍 图像清晰。 图像清晰。
【课堂练习】 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（ 确的是（ BCD ） 相遇后，振幅小的一列波将减弱， A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅 大的一列波将加强 相遇后， B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完 全相同 在相遇区域， 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 几个人在同一房间说话，相互听得清楚， 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
s1 - s 2 = 2 n •
0,1,2,……） 2 （n = 0,1,2,……）
2、若P点为振动减弱点： 点为振动减弱点： 则有P 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 奇数倍。 波长的奇数倍。
s 1 - s 2 = (2 n + 1 ) • λ （n = 0,1,2,……） 0,1,2,……） 2
2、波的叠加原理
在几列波重叠的区域里， 在几列波重叠的区域里 ， 介质的质点 同时参与这几列波所引起的振动， 引起的振动 同时参与这几列波所引起 的振动，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。
【生活中波的独立传播和叠加】 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 开会时，大家讨论的面红耳赤， 特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。 特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。
【波的衍射实例】 波的衍射实例】 1 、 衍射是波特有的现象 ， 一切波都能 衍射是波特有的现象， 发生衍射。但要发生明显的衍射 明显的衍射现象需 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， 要满足一定的条件 ， 当不满足时 ， 衍射 现象虽然存在， 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。 现象，不易被我们观察到。
【课堂练习】 课堂练习】
8、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（ D ） 频率相同的两列波发生干涉现象时， 某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇， A、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过 半个周期， 半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列 波的波谷相遇 B、某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇，经过 某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇， 半个周期， 半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列 波的波谷相遇 C、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波 谷相遇，经过半个周期， 谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波 谷相遇 D、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波 谷相遇，经过半个周期， 谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的 波谷与第二列波的波峰相遇
注意： 注意：波的干涉是波的叠加的特殊情 一切波都能发生干涉， 形，一切波都能发生干涉，干涉和衍射 都是波的特有现象。 都是波的特有现象。
[思考与讨论] 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？ 质点到两波源之间的距离存在什么规律？减弱区呢？
频率相同的两列波叠加 频率相同的两列波叠加
实 验 演 示
四、波的干涉
1、定义： 频率相同的两列波叠加，使某些 定义： 频率相同的两列波叠加， 区域的振幅 某些区域的振幅 区域的振幅加大，某些区域的振幅减小，这 现象叫做波的干涉。 种现象叫做波的干涉。
干涉图样：由波的干涉所形成的图样 干涉图样：
四、波的干涉
2、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， 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， 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 稳定明显的干涉图样的条 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， 两列波的频率相同， 件是两列波的频率相同，相位差恒定， 且振幅相差不多。 且振幅相差不多。
实例2 实例2、闻其声不见其人 隔墙有耳
一、波的衍射
定义：波绕过障碍物继续传播的现象叫做 定义： 波的衍射。 波的衍射。
【实验现象】 实验现象 现象】
1、窄缝或障碍物的宽度 与波长相比非常大时， 与波长相比非常大时， 水波将直线传播， 水波将直线传播，观察 不到衍射现象。 不到衍射现象。 2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍 窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多， 射现象越不明显； 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， 与波长相差不多时，有 明显的衍射现象。 明显的衍射现象。
【课堂练习】 课堂练习】
6、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图 两列波发生了干涉现象， 样，则（ BCD ） 振动加强的质点， A、振动加强的质点，始终处于最大位移处 振动加强的质点的位移， 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 波峰与波峰相遇处的质点， C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终 加强 波峰与波谷相遇处的质点， D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终 削弱
【课堂练习】 课堂练习】
7、如图所示，A、B为两个完全相同的相干 如图所示， 波源，它们产生的两列波在AB AB连线的中垂 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， 线上的P点相遇时，则（ AD ） A、P点振动始终加强 点振动有时加强， 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
2、具体实例： 具体实例：
—ห้องสมุดไป่ตู้隔墙有耳 1）声波的衍射 ——隔墙有耳 ——收看电视 2）电磁波的衍射 ——收看电视
【思考与讨论】 思考与讨论】 1、能试着解读“闻其声不见其人”中所包含 能试着解读“闻其声不见其人” 的物理知识吗？ 的物理知识吗？ 人耳所听声音频率范围：20Hz人耳所听声音频率范围：20Hz-20000Hz 人耳所听声音波长范围：17m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： 人眼所能看到的可见光波长的范围： 400nm400nm-700nm 2、在有些偏远的山区，收音机 在有些偏远的山区， 能收到清晰的声音信号， 能收到清晰的声音信号，而电 视机信号却不清晰， 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？ 的解释吗？
二、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 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 小时， 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。 明显的衍射现象 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 衍射的实质： 障碍物后方的阴影区域中。 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 思考： 小越好吗？ 小越好吗？ 当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射 当孔或障碍物的尺寸过小时， 到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。 到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。
第十二章 机械波
五、波 的 衍 射
在波的前进方向上放一个有孔的屏， 在波的前进方向上放一个有孔的屏， 可以看到波可以绕到屏的后面继续传播。 可以看到波可以绕到屏的后面继续传播。
【衍射现象】 衍射现象】
实例1 实例1、在水塘里微风激起的水波遇到 突出水面的小石子、芦苇、 突出水面的小石子、芦苇、会绕过他们 继续传播，好像他们并不存在。 继续传播，好像他们并不存在。
把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振 把相应的振动最激烈的质点连起来，就是振 动加强区； 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 振动减弱区， 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。 弱区是相互间隔着出现的。
特征—— 特征—— 振动加强的 区域总是加 强，振动减 弱的区域总 是减弱。 是减弱。
【课堂练习】 课堂练习】
1、下列关于波的衍射说法正确的是（ ABD ） 下列关于波的衍射说法正确的是（ 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， 对同一列波， 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 只有横波才能发生衍射现象， 能发生衍射现象 D、声波容易发生衍射现象，由于声波波 声波容易发生衍射现象， 长较大
【课堂练习】 课堂练习】
3、下列关于波的衍射图象正确的是（ BC ） 下列关于波的衍射图象正确的是（
注意: 注意:有孔衍射的子波源在小孔处
【课堂练习】 课堂练习】
4、如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其 如图所示， 为波源，MN为两块挡板， 为两块挡板 固定， 板可上下移动， 中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块 此时测得A点没有发生振动，为了使A 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（ 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 D、将N板下移一些
【思考与讨论】 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？ 强的区域呢？ 如果在某一时刻， 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， 相遇，经过半个周期， 就变成波谷和波谷相 波峰和波峰、 遇。波峰和波峰、波 谷和波谷相遇 质点的位移都是最大， 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， 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。 涉的加强点，质点的振动最激烈。
【生活现象】 生活现象】 池塘中两水波相遇时，会发生什 池塘中两水波相遇时， 么现象呢？ 么现象呢？
三、波的叠加
1、波传播的独立性
1、波的独立传播原理
两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后， 两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后， 波的形状和传播的情形都跟相遇前一样， 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。 自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。
【课堂练习】 课堂练习】
2、水波通过小孔，发生一定程度的衍射， 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（ 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 增大小孔尺寸， B、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率 增大小孔尺寸， C、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率 缩小小孔尺寸， D、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率 缩小小孔尺寸，
四、波的干涉
假设在两列波的叠加区域有一个P 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S 两列波的波长为λ 列波源的距离分别为S1、S2，两列波的波长为λ， 则有 点为振动加强点： 1、若P点为振动加强点： 则有P 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 偶数倍。 的整数倍或半个波长的偶数倍。 λ
1、相遇前 2、相遇时刻 3、相遇过程 4、相遇后
例如： 例如： •红绿光束空间交叉相遇 红绿光束空间交叉相遇 红是红、绿是绿， ) (红是红、绿是绿，…) •听乐队演奏 听乐队演奏 仍可辨出不同乐器的音色、旋律) (仍可辨出不同乐器的音色、旋律) •空中无线电波很多 空中无线电波很多 仍能分别接收各个电台) (仍能分别接收各个电台)
【生活中波的干涉实例】 生活中波的干涉实例】
生活实例：声波的干涉——操场上装有很 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， 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， 操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些 地方声音减弱。 地方声音减弱。