54知识讲解 波的干涉和衍射(基础)

物理总复习：波的干涉和衍射

【考纲要求】

1、知道波的叠加原理；

2、知道波的干涉和衍射现象；

3、了解多普勒现象。

【考点梳理】

考点一、波的衍射

要点诠释：1、衍射现象

波绕过障碍物到障碍物后面继续传播的现象，叫做波的衍射。

2、发生明显衍射现象的条件

障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。

3、衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射

只不过有些现象不明显，我们不容易观察到。

当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射现象十分明显，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。

考点二、波的干涉

要点诠释：1、波的独立传播原理和叠加原理

（1）波的独立传播原理：

几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播而并不相互干扰，这是波的一个基本性质。

（2）波的叠加原理：两列波相遇时，该处介质的质点将同时参与两列波引起的振动，此时质点的位移等于两列波分别引起的位移的矢量和，这就是波的叠加原理。

2、波的干涉

（1）波的干涉现象

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。

（2）产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相等。

干涉条件的严格说法是：同一种类的两列波，频率(或波长)相同、相位差恒定，在同一平面内振动。高中阶段我们不讨论相和相位差，且限于讨论一维振动的情况，所以只强调“频率相同”这一条件。

（3）一切波都能发生干涉，干涉是波的特有现象之一。

3、对振动加强点和减弱点的理解

波的干涉是频率相同的两列波叠加，是波特有的现象，波的干涉中，应注重理解加强和减弱的条件。

其判断方法有两种：

一是根据两列波的波峰与波峰相遇（或波谷与波谷相遇）点为加强的点，波峰和波谷的相遇点是减弱的点。

二是根据某点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该点为加强点；某点到两波源的距离为半波长的奇数倍，则该点为减弱点。

同时注意加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小。

考点三、多普勒效应

要点诠释：1、多普勒效应

由于观察者与波源之间存在相对运动，使观察者感受到的波的频率与波的实际频率不同的现象，叫做多普勒效应。

如果二者相互接近，观察者接收到的完全波的个数增多，频率增大；如果二者远离，观察者接收到的完全波的个数减少，频率减小。

当声源与接收者接近时，接收者听到的声音的声调升高；当声源与接收者远离时，接收者听到的声音的声调降低的现象，叫做多普勒效应。

2、多普勒效应是所有波动过程共有的特征。

根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度；根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度等。

【典型例题】

类型一、波的衍射

例1、如图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，下列描述中正确的是（）

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

D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象

【思路点拨】衍射总是会发生的，但发生明显的衍射现象要有一定的条件，发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。

【答案】ABC

【解析】能发生衍射和能发生明显的衍射不同，波的衍射是不需要条件的，而要发生明显的衍射必须满足一定的条件。根据发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多，从题图中可看出孔AB的尺寸与波长相差不多，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。故选ABC。

【总结升华】准确理解发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。当某个物理量发生变化时，就是要分析出波长的变化。

举一反三

【高清课堂：波的干涉和衍射例2】

【变式1】如图所示是波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )

【答案】B

【解析】对A，小孔尺寸大于波长，应该有波不能到达的地方，而图给出的是明显的衍射现象，所以错误。对B，障碍物的尺寸跟波长差不多，能产生明显的衍射现象，B对。对C，障碍物（小孔）的尺寸跟波长差不多，波能够绕到障碍物（小孔）的后面，应该可以观察到明显的衍射现象，CD错误。故选B。

【变式2】如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有（）

A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

【答案】AD

【解析】A、B处小船发生明显的波浪影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，由于当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象。理解“差不多”的意义。故AD正确。

类型二、波的干涉

例2、（2014 全国卷）两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()

A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|

B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2

C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移

D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅

【答案】AD

【解析】本题考查波的叠加．波峰与波谷相遇，振动方向相反，振幅等于两列波振幅之差，A正确；波峰与波峰相遇，振动方向相同，振幅等于两列波振幅之和，质点仍在振动而不会停在最大位移处，B错误；无论波峰与波谷相遇处还是波峰与波峰相遇处，质点都在自己的平衡位置附近做简谐运动，只是波峰与波峰相遇处质点振幅大于波峰与波谷相遇处质点振幅，C错误，D正确．