波的衍射和干涉课件

波的衍射和干涉课件波的衍射和干涉课件1、什么是波的衍射？2、衍射能否发生于其他事物？3、波发生明显衍射现象的条件是什么？1.1.衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象一切波都会产生衍射现象2.2.衍射现象总是存在的衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异只有明显与不明显的差异3.3.障碍物或孔的尺寸大小障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发并不是决定衍射能否发生的条件生的条件,仅是发生明显衍射的条件仅是发生明显衍射的条件4.4.一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象现象5.5.波传到小孔（或障碍物）时波传到小孔（或障碍物）时,小孔或障碍物仿佛小孔或障碍物仿佛是一个新的波源是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波在孔由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播或障碍物后传播,于是就出现了偏离直线传播方向于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象的衍射现象6.6.当孔的尺寸远小于波长时当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出尽管衍射十分突出,但由于能量的减弱但由于能量的减弱,衍射现象不容易观察到衍射现象不容易观察到课课 堂堂 小小 结结例例1.下列下列现象或事象或事实属于衍射属于衍射现象象的是的是()A.风从窗从窗户吹吹进来来B.雪堆雪堆积在背在背风的屋后的屋后C.水波前水波前进方向上遇到凸出水面的方向上遇到凸出水面的小石子小石子,小石子小石子对波的波的传播没有影播没有影响响.D.晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影C例例2.下列关于波的衍射的下列关于波的衍射的说法正确的是法正确的是()A.衍射是一切机械波特有的衍射是一切机械波特有的现象象B.对同一列波同一列波,缝或孔或孔(障碍物障碍物)越小越小,衍射衍射现象越明象越明显C.只有横波才能只有横波才能发生衍射生衍射现象象,纵波不能波不能发生衍射生衍射现象象D.声波容易声波容易发生衍射是由于声波波生衍射是由于声波波长较大大BD例例3.在水波槽的衍射在水波槽的衍射实验中中,若打若打击水面水面的振子的的振子的频率是率是5HZ,水波在槽中的水波在槽中的传播速度播速度为0.05m/s,为观察到察到显著的衍著的衍射射现象象,小孔直径小孔直径d应为()A.10cm B.5cm C.d1cm D.d1cm D例例4：如：如图是是观察水面波衍射的察水面波衍射的实验装置，装置，AC和和BD是两是两块挡板，板，AB是一个孔，是一个孔，O为波源，波源，图中已画出波源所在区域波的中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条播情况，每两条相相邻波波纹（图中曲中曲线）之）之间距离表示一个波距离表示一个波长，则波波经过孔之后的孔之后的传播情况，下述描述正确的播情况，下述描述正确的是（是（）A此此时能明能明显观察到波的衍射察到波的衍射现象象B挡板前波板前波纹间距离相等距离相等C如如果果将将孔孔AB扩大大，有有可可能能观察察不不到明到明显的衍射的衍射现象象 D如如果果孔孔的的大大小小不不变，使使波波源源频率率增大，能更明增大，能更明显地地观察衍射察衍射现象象AB、C.1.1.1.1.波的独立作用原理波的独立作用原理波的独立作用原理波的独立作用原理几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相几列波在传播时，无论是否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。方向）不变，互不干扰地各自独立传播。2.2.2.2.波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动在相遇区域内任一点的振动,为各为各为各为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。(一一一一)波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理 1 1、干涉现象、干涉现象、干涉现象、干涉现象频率相同的两列波相遇区域内振动在频率相同的两列波相遇区域内振动在频率相同的两列波相遇区域内振动在频率相同的两列波相遇区域内振动在 空间上出现空间上出现空间上出现空间上出现稳定的周期性的强弱分布的现象。稳定的周期性的强弱分布的现象。稳定的周期性的强弱分布的现象。稳定的周期性的强弱分布的现象。1)1)频率相同；频率相同；频率相同；频率相同；2)2)振动方向相同；振动方向相同；振动方向相同；振动方向相同；3)3)同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。同相或相位差恒定。满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相干波源。相干波源。相干波源。相干波源。2 2、相干波条件、相干波条件、相干波条件、相干波条件(二二二二)波的干涉现象波的干涉现象波的干涉现象波的干涉现象加加强强减减弱弱两列波相遇后，彼两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，此穿过，继续传播，波的形状和传播的波的形状和传播的情形都跟相遇前一情形都跟相遇前一样，也就是说，相样，也就是说，相遇后，它们都保持遇后，它们都保持各自的运动状态，各自的运动状态，彼此都没有受到影彼此都没有受到影响响 一、波的叠加波叠加原理：几几列列波波在在同同一一介介质质中中传传播播，在在介介质质中中某某一一点点（或或某某一一区区域域）相相遇遇时时，每每一一列列波波都都能能够够保保持持各各自自的的状状态态继继续续沿沿着着原原来来的的方方向向向向前前传传播播，彼彼此此之之间间互互不不影影响响，好好像像没没有有遇遇到到另另一一列列波波一一样样，在在它它们们重重叠叠的的区区域域里里，介介质质的的质质点点同同时时参参与与这这几几列列波波所所产产生生的的振振动动，每每一一质质点点仍仍然然是是在在各各自自的的平平衡衡位位置置附附近近做做振振动动质质点点振振动动的的位位移移等等于于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和这几列波单独传播时引起的位移的矢量和二、波的干涉点击下图看水波的干涉点击下图看水波的干涉由此可知：这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开是固定的，而且相互隔开1、波的干涉波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域波的干涉：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，而且振动加的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干波的干涉涉干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图干涉图样样（如上页图）（如上页图）2、干涉的解释 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波如果在某一时刻，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，就变成波谷和波谷峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位相遇波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈.如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静的振幅就等于零，水面保持平静 把把相相应应的的振振动动最最激激烈烈的的质质点点连连起起来来，为为振振动动加加强强区区；相相应应的的振振动动最最不不激激烈烈或或静静止止的的质质点点连连起起来来，为为振振动动减减弱弱区区振振动动加加强强区区和和振振动动减减弱弱区区是相互隔开的是相互隔开的 注意：注意：（1）振动加强的区）振动加强的区域振动始终加强，域振动始终加强，振动减弱的区域振振动减弱的区域振动始终减弱动始终减弱（2）振动加强（减）振动加强（减弱）的区域是指质弱）的区域是指质点的振幅大（小），点的振幅大（小），而不是指振动的位而不是指振动的位移大（小），因为移大（小），因为位移是在时刻变化位移是在时刻变化的的3、产生干涉的条件两两列列波波相相遇遇叠叠加加不不一一定定能能得得到到稳稳定定的的干干涉涉图图样样而而要要产产生生稳稳定定的的干干涉涉现现象象形形成成稳稳定定的的干干涉涉图图样样，则需要满足一定的条件则需要满足一定的条件 产生干涉的条件：产生干涉的条件：a.频率必须相等。频率必须相等。b.振动方向振动方向一致（同类波）一致（同类波）c.相差恒定相差恒定 4、对振动加强区和振动减弱区的判断：对振动加强区和振动减弱区的判断：振动加强点的位置：振动加强点的位置：假设在两列波的叠加区域有一个假设在两列波的叠加区域有一个P点，它到点，它到两列波源的距离分别为两列波源的距离分别为S1、S2，两列波的波长，两列波的波长为为。（n=0,1,2,3）P点到两列波的波源的距离差等于波长的整数点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍，半个波长的偶数倍。倍，半个波长的偶数倍。二二 波的干涉波的干涉P点到两列波的波源的距离差等于半个波长的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。振动减弱点的位置：振动减弱点的位置：（n=0,1,2,3）2在同一均匀介质中有在同一均匀介质中有S1、S2两个波源，这两个波两个波源，这两个波源的频率相同。源的频率相同。S1、S2相距两个波长，相距两个波长，B点为点为S1、S2直线的中点，今以直线的中点，今以B为圆心以为圆心以R为半径画为半径画圆，问在该圆周圆，问在该圆周3 上（上（S1、S2两点除外）共两点除外）共4 有几个振动加强点。有几个振动加强点。答案答案 6个个S2S1BS2S1BA解：设解：设A点为振动加强点为振动加强 点，则有点，则有|S1AS2A|n由图中可知：由图中可知：n0或或n1三三 、波的特有现象、波的特有现象声波、声波、水波水波、光波都能发生干涉和衍射现象。、光波都能发生干涉和衍射现象。实验：声波也能发生干涉实验：声波也能发生干涉一切波都能发生干涉和衍射现象。一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。干涉和衍射是波特有的现象。随堂练习1、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（）A A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强。列波将加强。B B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。C C、在相遇区域，任一点的总位移等于、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别两列波分别引起是位移的矢量和。引起是位移的矢量和。D D、几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，、几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，这说明声波在相遇时互不干扰。这说明声波在相遇时互不干扰。B C D 2、关于波的干涉，下列说法正确的是（、关于波的干涉，下列说法正确的是（）A、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉。、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉。B、只要是波就能产生稳定的干涉。、只要是波就能产生稳定的干涉。C、不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频、不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉。率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉。D、波的干涉是波叠加的特例、波的干涉是波叠加的特例C D3当两列水波发生干涉时，如果两列波的当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在波峰在P点相遇，下列说法正确的有：点相遇，下列说法正确的有：A 质点质点P的振动始终是加强的的振动始终是加强的 B 质点质点P的振幅最大的振幅最大 C 质点质点P的位移始终最大的位移始终最大 D 质点质点P的位移有时候为零。的位移有时候为零。答案答案 A B D4、如如图图所所示示两两个个频频率率与与相相位位、振振幅幅均均相相同同的的波波的的干干涉涉图图样样中中，实实线线表表示示波波峰峰，虚虚线线表表示示波波谷谷，对对叠叠加加的的结果正确的描述是结果正确的描述是 ()A在在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰BB点在干涉过程中振幅始终为零点在干涉过程中振幅始终为零C两波在两波在B点路程差是波长的整数倍点路程差是波长的整数倍D当当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰BS1S2ABDC 5 5、水面上有、水面上有A A、B B两个振动情况完全相同的振动源，两个振动情况完全相同的振动源，在在A A、B B连线的中垂线上有三个点连线的中垂线上有三个点a a、b b、c c，已知某时，已知某时a a点是两列波波峰和波峰相遇点，点是两列波波峰和波峰相遇点，c c点是与点是与a a点最近的点最近的波谷和波谷相遇点，波谷和波谷相遇点，b b处在处在a a、c c之间，如下图，以下之间，如下图，以下说法正确的是：（说法正确的是：（）A A：a a振动加强，振动加强，c c点振动减弱点振动减弱B B：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动减弱点振动减弱C:aC:a、b b、c c点振动都加强点振动都加强D D：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动不确定点振动不确定ABabcC C例例1 1.如图所示两列波相向传播，当如图所示两列波相向传播，当它们相遇时在图所示的甲、乙、丙、它们相遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可能的是丁中，可能的是 ()A A图乙、丙图乙、丙 B B图甲、乙图甲、乙C C图乙、丙、丁图乙、丙、丁 D D图甲、乙图甲、乙A甲乙丙丁 例例2如如图所示，两列所示，两列简谐波均沿波均沿x轴传播，播，传播速度的大小相播速度的大小相 等，其中等，其中一列沿一列沿x方向方向传播播(图中中实线所示所示)，一，一列沿列沿负x方向方向传播播(图中虚中虚线所示所示)，这两列波的两列波的频率相同，振率相同，振动方向均沿方向均沿y轴，则图中中x=1、2、3、4、5、6、7、8各各点中振幅最大的是点中振幅最大的是x=的点，振幅最的点，振幅最小的是小的是x=的点。的点。4、82、6 例例3 3如图所示，在如图所示，在x x轴上的轴上的P P、Q Q两点两点位置上有两个频率相同、振动方向也位置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，它们激起的机械波相同的相干波源，它们激起的机械波长是长是2m2m，P P、Q Q两点的横坐标分别是两点的横坐标分别是x xp p=1m=1m，x xQ Q=6m=6m，那么在，那么在y y轴上从轴上从-+的位置上会出现振动减弱的区域有的位置上会出现振动减弱的区域有多少个多少个?5个个