波的衍射和干涉教案

1波的衍射（1）波的衍射现象首先观察水槽中水波的传播：圆形的水波向外扩散，越来越大。然后，在水槽中放入一个不大的障碍屏，观察水波绕过障碍屏传播的情况。波绕过障碍物的现象，叫做波的衍射。再引导学生观察：在水槽中放入一个有孔的障碍屏，水波通过孔后也会发生衍射现象。看教材中的插图，解释“绕过障碍物”的含义。（2）发生明显波的衍射的条件 在不改变波源的条件下，将障碍屏的孔由较大逐渐变小。可以看到波的衍射现象越来越明显。由此得出结论：障碍物越小，衍射现象越明显。 可能的话，在不改变障碍孔的条件下，使水波的波长逐渐变大或逐渐变小。可以看到，当波长越小时，波的衍射现象越明显。由此得出结论：当障碍物的大小与波长相差不多时，波的衍射现象较明显。小结：发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的大小比波长小，或者与波长相差不多。波的衍射现象是波所特有的现象。在生活中，可遇到的波的衍射现象有：声音传播中的“隔墙有耳”现象；在房间中可以接受到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。教师在线例1一列水波穿过小孔产生衍射现象，衍射后水波的强度减弱是因为（）A、水波的波长增大B、水波的周期增大C、水波的频率减小D、水波的振幅减小例2.如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有狭缝。此时，测得A点没有振动，为了使A点发生振动，可采用的方法是（）A、增大波源频率B、减小波源频率C、将N板向上移动一些D、将N板向下移动一些同步训练1如图所示是观察水面波衍射的试验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O为波源，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，下列描述正确的是（）A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前波纹间距离相等C. 如果将孔AB扩大有可能观察不到明显的衍射现象D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象2如图是不同频率地水波通过相同地小孔所能到达区域地示意图，情况中水波地频率最大;情况中水波地频率最小。3将一只小瓶立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕进的现象，激发水波的振子振动频率大写好还是小些好？为什么？4下列说法中正确的是（）A.衍射是一切波特有的现象B.对同一列波，障碍物或小孔越小衍射越明显C.听到回声是声波的衍射现象D.听到回声是共鸣现象5一列水波穿过小孔产生衍射现象，衍射后水波的强度减弱是因为（）A.水波的波长增大B.水波的周期增大C.水波的频率减小D.水波的振幅减小6.在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz,水波在水槽中传播速度为0.05m/s，为使实验效果更明显，使用小孔直径d应为m。拓展尝新7.如图1038所示，正中O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于（）A.整个区域B.阴影I以外区域C.阴影II以外区域D.上述答案均不对2. 波的干涉观察现象：在水槽演示仪上有两个振源的条件下，单独使用其中的一个振源，水波按照该振源的振动方式向外传播；再单独使用另一个振源，水波按照该振源的振动方式向外传播。现象的结论：每一个波源都按其自己的方式，在介质中产生振动，并能使介质将这种振动向外传播。观察现象：找两个同学拉着一条长橡皮管，让他们同时分别抖动一下橡皮管的端点，则会从两端各产生一个波包向对方传播。当两个波包在中间相遇时，形状发生变化，相遇后又各自传播。戊一厂、J图1现象的结论：波相遇时，发生叠加。以后仍按原来的方式传播。（1）波的叠加两列波相遇时，在波的重叠区域，任何一个质点的总位移，都等于两列波分别引起的位移的矢量和。结合图1，解释此结论。解释：在介质中选一点P为研究对象，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波峰，则引起P点向上振动；同时，波源2的振动也传播到了P点，若恰好也是波峰，则也会引起P点向上振动；这时，P点的振动就是两个向上的振动的叠加，P点的振动被加强了。（当然，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波谷，则引起P点向下振动；同时，波源2的振动传播到了P点时，若恰好也是波谷，则也会引起P点向下振动；这时，P点的振动就是两个向下的振动的叠加,P点的振动还是被加强了。）用以上的分析，说明什么是振动被加强。波源1经过半周期后，传播到P点的振动变为波谷，就会使P点的振动向下，但此时波源2传过来的振动不一定是波谷（因为两波源的周期可能不同），所以，此时P点的振动可能被减弱，也可能是被加强的。（让学生来说明原因）思考：如果希望P点的振动总能被加强，应有什么条件？思考：如果在介质中有另一质点Q，希望Q点的振动总能被减弱，应有什么条件？结论：波源1和波源2的周期应相同。（2）波的干涉观察现象：水槽中的水波的干涉。对水波干涉图样的解释中，特别要强调两列水波的频率是相同的，所以产生了在水面上有些点的振动加强，而另一些点的振动减弱的现象，加强和减弱的点的分布是稳定的。如图2所示。在解释和说明中，特别应强调的几点是：此图是某时刻两列波传播的情况；两列波的频率（波长）相等；当两列波的波峰在某点相遇时，这点的振动位移是正的最大值，过半周期后，这点就是波谷和波谷相遇，则这点的振动位移是负的最大值；振动加强的点的振动总是加强的，振动减弱的点的振动总是减弱的。在以上分析的基础上，给出干涉的定义：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，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫做波的干涉图样。小结：介质中某点的振动加强，是指这个质点以较大的振幅振动；而某点的振动减弱，是指这个质点以较小的振幅振动这与只有一个波源的振动在介质中传播时，各质点均按此波源的振动方式振动是不同的。（3）波的干涉与叠加的关系4/5A.B.C.D.4.M,N为介质中相距2L的两个质点，从某时刻开始，两质点做同振幅和同频率的振动,并且开始时刻两质点的振动方向均向上，已知两质点的振动各自在介质中产生横波的波长均波的衍射和干涉3干涉是一种特殊的叠加。任何两列波都可以进行叠加，但只有两列频率相同的波的叠加，才有可能形成干涉。干涉是波特有的现象。教师在线例1.如图1039表示两个相干波源S、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇，图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是（）A、a、c两的振动加强，b、d两点的振动减弱B、e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C、经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D、经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰例2.如图1040所示，在y轴上的Q、P两点上有两个振动情况完全相同的波源，它们激起的机械波的波长为1m,Q、P两点的纵坐标分别为yQ=6m,yp=1m,那么在x轴上到00的位置上，F会出现振动加强的区域有个。一4同步训练1. 一个波源在绳的左端发出半个波a,频率为$振幅为A1，同时另一个波源在绳的右端发出半个波b，频率为振幅为A2，P为波源的中点，如图1041所示，在下列说法中正确的是（）两列波同时到达两波源的中点P两列波相遇时，p点波峰值可达a1+a2两列波相遇后，各自仍保持原来的波形传播两列波相遇时，绳子上的波峰可达a1+a2的点只有一点，此时在P点的左侧2. 如图所示，S1和S2是两个相干波源，在图中分别以S1和S2为圆心作出了两组同心圆弧，分别表示同一时刻两列波的波峰和波谷，实线表示波峰，虚线表示波谷，在图中标出了三个点a,b,c。在这三个点中，哪些点振动加强，哪些点振动减弱？3. 如图所示是水面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，图中实线为波峰波面，虚线为波谷液面，已知两列波的振幅均为2cm，波速为2m/s,波长为8cm，E点是B,D和A,C连线的交点。下列说法中正确的是（）A. A,C处两质点是振动加强的质点B. B,D处两质点在该时刻的竖直高度差是4cmC. E点处质点是振动加强的质点D. 经0.02s，B点处质点通过的路程是4cm波的衍射和干涉15如图所示，两个形状完全相同的正弦波a,b沿同一直线分别向右、向左传播，在它们相遇的某个时刻，图中m,n部分的波形“消失”了，该时刻m,n两质点的振动方向分别为（）A. m向上，n向下B. m向下，n向上C. m,n都向上D. m,n速度都是零6.S,S2为两频率相同的波源，如图所示，某时刻实线表示波峰，虚线表示波谷，则P点（）A. 波谷与波谷叠加所以振动减弱B. 波谷与波谷叠加所以始终处于最低位置C. 振动始终加强D.位移始终最大拓展尝新7.如图1046所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷，设两列波的振幅均为5cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5cm,C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是（）A. C,E两点都保持静止不动B. 图示时刻A,B两点的竖直高度差为20cmC. 图示时刻C点正处在平衡位置且向水面上运动D. 从图示时刻起经0.25s,B点通过的路程为20cm8.如图1047所示，在同一均匀介质中有S、S2两个波源，这两个波源的频率、振动方向均相同，且振动步调完全一致，S、S2之间相距两个波长，B点为SS2连线的中点。今以B点为圆心，上,除S、S2两波源外，共有几个振动加强的点？7/5波的衍射和干涉1答案：教师在线例1解：水波的频率是由波源的频率决定的，发生衍射后水波的频率不变，所以选项B、C错误。波速是由介质决定的，发生衍射后波速不变，由v=Af知，水波的波长不变，先项A错误。波的强弱是由振幅决定的，所以选项D正确。例2解：使A振动起来的方法有两个，一个是缝宽不变，使波的频率即波源S的频率减小以增加波长，当波长大于缝宽时，发生明显的衍射现象，A点便振动起来；另一个是使波源的频率一定，即波长一定，减小缝宽，当缝宽减小到比波长小时，发生明显的衍射现象，也可使A点振动起来。故正确答案是B、D。同步训练1. ABC2. ca3. 频率小些好。4. AB5. D6. dWO.Ol拓展尝新7. B波的干涉答案：教师在线例1解：a点是波谷与波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，选项A正确。e位于加强点的连线上，仍为加强点，f位于减弱点的连线上，仍为减弱点,选项B错误。相干波源叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，所以选项C错误。因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，选项D正确。故该题的正确答案是A、Do例2.解：在x轴正半轴上任取一点M，连接MQ、MP,构成一三角形PQM,根据三角形任两边之差小于第三边的原理得：ArMQMPPQ二5moX轴上出现振动加强点时应有入、12）所以入W,（等于时为原点）；即Wo亦即可取1234（包括原点），其个值。由对称性在轴负半轴上还有个加强点，所以在轴上共有个加强点。同步训练1. ACD2. a点和b点振动加强，c点振动减弱3. C4.A5.A6.C拓展尝新7.BCD8. 68/5