高中物理-第12章-第4節(jié)波的衍射和干涉課件-新人教版選修3-4

1、第四節(jié)　波的衍射和干涉,,,,,,,,,,課前自主學(xué)案,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,,課標(biāo)定位,,,知能優(yōu)化訓(xùn)練,,第四節(jié)　波的衍射和干涉,課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道波的衍射現(xiàn)象，理解發(fā)生明顯衍射的條件．2．知道波的疊加原理，知道波的干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象．3．理解形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件，知道波的干涉圖樣的特點(diǎn)，掌握振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的振動(dòng)情況．4．知道衍射和干涉是波特有的現(xiàn)象．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.發(fā)生明顯衍射的條件

2、．2．產(chǎn)生干涉時(shí)，加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的判斷．,課前自主學(xué)案,一、波的衍射1．定義：波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)器材：在水槽里放兩塊擋板,中間留個(gè)狹縫．,(2)現(xiàn)象①狹縫寬度比波長(zhǎng)大得多時(shí)：波的傳播同光沿______傳播一樣,在擋板后面產(chǎn)生一個(gè)“陰影區(qū)”.如教材圖12.4－1甲．②狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)還小時(shí)：水波______擋板后面繼續(xù)傳播,如教材圖12.4－1乙．3．發(fā)生明顯衍射的條件縫

3、、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)___________或者_(dá)___________．,直線,繞到,相差不多,比波長(zhǎng)更小,二、波的疊加1．波的獨(dú)立傳播：兩列波相遇后彼此穿過(guò)，仍然______各自的__________，繼續(xù)傳播．2．波的疊加：在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)__________這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，如圖12－4－1所示．圖12－4－1,保持,運(yùn)動(dòng)狀態(tài),同時(shí)參與,三、波

4、的干涉1．實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)：波源是固定在同一個(gè)振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿________地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源發(fā)出的是相位相同、______相同、__________也相同的兩列波.(2)現(xiàn)象：兩列波相遇后，水面上出現(xiàn)了一條條__________的區(qū)域和__________的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是__________的．,周期性,頻率,振動(dòng)方向,相對(duì)平靜,激烈振動(dòng),穩(wěn)定不變,2．現(xiàn)象解

5、釋(1)加強(qiáng)點(diǎn)：在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)______,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈，振動(dòng)的振幅等于兩列波的__________．(2)減弱點(diǎn)：在某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)______,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的__________，若兩列波振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅就等于零，水面保持平靜．,同相,振幅之和,反相,振幅之差,3．波的干涉(1)定義：______相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振幅______、某些區(qū)域的振幅______的現(xiàn)象．(2)

6、干涉圖樣：波的干涉中所形成的圖樣．(3)干涉條件： ______相同、相位差恒定是兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件．,頻率,加大,減小,頻率,核心要點(diǎn)突破,特別提醒：(1)衍射是波特有的現(xiàn)象，凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的一定是波．(2)波的衍射總是存在的,只有明顯與不明顯之別．沒(méi)有不發(fā)生衍射之說(shuō)．,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．孔的尺寸比波長(zhǎng)小才發(fā)生衍射現(xiàn)象C．只有

7、孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象,解析：選CD.波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射的條件是孔或障礙物尺寸跟波長(zhǎng)差不多或者比波長(zhǎng)更?。讖酱蟛⒉皇遣话l(fā)生衍射，只是更突出原波的傳播，波面只有邊緣有變化．換句話說(shuō)，波的衍射現(xiàn)象不明顯，所以A、B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確．衍射現(xiàn)象是波的特有的現(xiàn)象，所以D項(xiàng)正確．,二、對(duì)波的干涉現(xiàn)象的理解1．波的疊加疊加是無(wú)條件的，任何頻率的兩列波在

8、空間相遇都會(huì)疊加．2．波的干涉(1)穩(wěn)定干涉穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波,并且波的頻率相同、振動(dòng)方向在同一直線上、相位差恒定．如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)．因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象．,(2)明顯干涉明顯干涉圖樣和穩(wěn)定干涉圖樣意義是不同的，明顯干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大．振幅越是接近

9、，干涉圖樣越明顯．3．介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)干涉區(qū)域內(nèi)的各質(zhì)點(diǎn)始終以振源的頻率振動(dòng)，且振幅保持不變，但其位移隨時(shí)間變化(振幅為0的減弱點(diǎn)除外)．,4．干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖12－4－2所示．圖12－4－2,(2)特征：①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．②加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)．③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．5．“加強(qiáng)點(diǎn)”與“減弱點(diǎn)”的判定方法設(shè)S1、S2為振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)

10、情況完全相同的兩個(gè)波源，它們產(chǎn)生的兩列波在同一均勻介質(zhì)中傳播．介質(zhì)中某點(diǎn)P到S1、S2的距離分別為PS1、PS2，距離差Δx＝|PS1－PS2|,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2．兩列波相疊加發(fā)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，那么(　　)A．兩列波的頻率不一定相同B．振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)都在波峰上C．振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域始終減弱D．振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域不斷地周期性地交換位置,解析：選C.兩列波發(fā)生穩(wěn)定的干涉

11、的條件是兩列波的頻率相同且相位差恒定，故A錯(cuò)；且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱區(qū)始終減弱，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，C對(duì)D錯(cuò)；振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的各質(zhì)點(diǎn)只是振幅最大，它們也在自己的平衡位置附近振動(dòng)，并不是只在波峰上，B錯(cuò)．,課堂互動(dòng)講練,如圖12－4－3所示中S為在水面上振動(dòng)的波源,M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水沒(méi)有振動(dòng),為使A處水也能發(fā)生振動(dòng),可采用的方法是(　　)圖12－4－3,A．使波源

12、的頻率增大B．使波源的頻率減小C．移動(dòng)N使狹縫的間距增大D．移動(dòng)N使狹縫的間距減小【精講精析】　使孔滿足明顯衍射的條件即可，或?qū)⒖鬃冃?，或?qū)⒉ㄩL(zhǎng)變大，B、D正確．【答案】　BD,【題后反思】　波是否能發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或跟波長(zhǎng)差不多．關(guān)鍵是比較障礙物、孔與波長(zhǎng)的尺寸．但在同一種介質(zhì)中，波速已經(jīng)確定，當(dāng)改變波的頻率時(shí)，同時(shí)也改變了波長(zhǎng)的大小．,變式訓(xùn)練1　(2011年廈門高二檢測(cè))下列各圖分別表示一列

13、水波在傳播過(guò)程中遇到了小孔(①、②圖)或障礙物(③、④圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有(　　)圖12－4－4A．只有①②④　　　　　　B．只有①④C．只有②③ D．只有①③,解析：選A.圖①②中小孔與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯洐射，④中障礙物與波長(zhǎng)相差不多，能發(fā)生明顯衍射，③圖中障礙物比波長(zhǎng)大的多，不能發(fā)生明顯衍射，故選A.,如圖12－4－5所示，實(shí)線和虛線分別表示振幅、頻率

14、均相同的兩列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰與波峰相遇點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是(　　)圖12－4－5,A．該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)O正處在平衡位置B．P、N兩點(diǎn)始終處于平衡位置C．M點(diǎn)到兩波源的距離之差一定是波長(zhǎng)的整數(shù)倍D．從該時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)四分之一周期，質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置,【思路點(diǎn)撥】　波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇的點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，波峰與波谷相遇的點(diǎn)為振動(dòng)減弱的點(diǎn)，在傳播方向上，加強(qiáng)點(diǎn)的連線為加強(qiáng)區(qū)，減弱點(diǎn)的連線為減弱區(qū)，只有當(dāng)兩波源的

15、振動(dòng)相位相同時(shí)，加強(qiáng)點(diǎn)到兩波源的距離差才是波長(zhǎng)的整數(shù)倍．不管波怎樣疊加，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均在各自的平衡位置附近振動(dòng)．,【答案】　BD,變式訓(xùn)練2　當(dāng)兩列波產(chǎn)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D．質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零,解析：選ABD.依題意兩列波滿足干涉條件，其波峰相遇點(diǎn)P一定是加強(qiáng)點(diǎn)，且振動(dòng)是始終加強(qiáng)的，合振幅最大．但需要注意的是，加

16、強(qiáng)點(diǎn)不能理解為位移始終是最大的，而是指兩列波在振動(dòng)過(guò)程中始終是加強(qiáng)的，這個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)的位移有時(shí)可能為零，有時(shí)可能最大．故選項(xiàng)A、B、D正確．,如圖12－4－6所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1和S2兩個(gè)波源，這兩個(gè)波源的頻率、振動(dòng)方向均相同，且振動(dòng)的步調(diào)完全一致，S1與S2之間相距為4 m，若S1、S2振動(dòng)頻率均為5 Hz，兩列波的波速均為10 m/s，B點(diǎn)為S1和S2連線的中點(diǎn)，今以B點(diǎn)為圓心，以R＝BS1為半徑畫(huà)圓．圖12－4－6,(1

17、)該波的波長(zhǎng)為多少？(2)在S1、S2連線之間振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)有幾個(gè)？(3)在該圓周上(S1和S2兩波源除外)共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)？,(2)在S1、S2連線上任選一點(diǎn)A，則：|S1A－S2A|<4＝2λ即－2λ<Δx<2λ由加強(qiáng)的條件：Δx＝nλ得：－2<n<2故n＝－1,0,1，即3個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)．(3)如圖12－4－7，A、B、C三點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，過(guò)A、B、C三點(diǎn)作三條加強(qiáng)線(表示三個(gè)加強(qiáng)區(qū)域)交

18、于圓周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六個(gè)點(diǎn)，顯然這六個(gè)點(diǎn)也為加強(qiáng)點(diǎn)，故圓周上共有六個(gè)加強(qiáng)點(diǎn)．【答案】　(1)2 m　(2)3　(3)6,【方法總結(jié)】　解決這一類問(wèn)題的思路：首先確定介質(zhì)中任一點(diǎn)到兩波源距離之差的范圍，把物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不等式；之后根據(jù)加強(qiáng)或減弱的條件寫(xiě)出距離之差與波長(zhǎng)的關(guān)系；最后確定n的取值．,變式訓(xùn)練3　在水面上有S1和S2兩個(gè)振幅和頻率相同的波源，開(kāi)始起振時(shí)兩波源的振動(dòng)方向相反．在兩波源連線的中垂線上有a、b、

19、c三點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間這三點(diǎn)都處于兩列波的疊加區(qū)域內(nèi)．如圖12－4－8所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　　)圖12－4－8,A．a(chǎn)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，c點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)B．a(chǎn)、c點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，b點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)C．a(chǎn)、c點(diǎn)此時(shí)刻振動(dòng)加強(qiáng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變?yōu)檎駝?dòng)減弱點(diǎn)，而b點(diǎn)可能變?yōu)檎駝?dòng)加強(qiáng)點(diǎn) D．a(chǎn)、b、c三點(diǎn)都是振動(dòng)減弱點(diǎn),解析：選D.由S1和S2兩列頻率相同的波源所發(fā)出的機(jī)械波，相遇后滿足相干條件，在它們的重疊區(qū)域?qū)l(fā)生干涉