高中物理 5.1波的干涉和衍射课件 教科版选修3-4.ppt

五 波的衍射 波的干涉 衍射 池塘中两水波相遇时 会发生什么现象呢 生活现象 结论 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 都保持各自的运动状态继续传播 彼此之间没有互相影响 1 相遇前 2 相遇时刻 3 相遇过程 4 相遇后 实验研究 几列波在同一介质中传播 在介质中某一点 或某一区域 相遇后 每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播 彼此之间互不干扰 好象没有遇到另一列波一样 波的独立传播原理 在几列波重叠的区域里 介质的质点同时参与这几列波所产生的振动 每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动 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 波相遇时位移的特点 几列波相遇时能够保持各自的运动状态 继续传播 在它们重叠的区域里 介质的质点同时参与这几列波引起的振动 质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和 波的叠加原理 两列频率相同的波相遇时 在它们重叠的区域会发生什么现象呢 我们先观察下面的现象 想一想 实验结果 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 定义 频率相同的两列波叠加 使介质中某些区域的质点振动始终加强 另一些区域的质点振动始终减弱 并且这两种区域相互间隔 位置保持不变 这种稳定的叠加现象叫做波的干涉 波的干涉 interference 为什么两列波相遇时能出现振动始终加强的区域呢 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 就变成波谷和波谷相遇 波峰和波峰 波谷和波谷相遇 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 始终是两列波干涉的加强点 质点的振动最激烈 思考与讨论 为什么两列波相遇时能出现振动始终减弱的区域呢 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 就变成波谷和波峰相遇 在这一点 思考与讨论 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 特征 振动加强的区域总是加强 振动减弱的区域总是减弱 把相应的振动最激烈的质点连起来 就是振动加强区 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 且振动加强区和振动减弱区是相互间隔着出现的 波的干涉 interference 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 形成稳定的干涉图样 则需要满足一定的条件 产生稳定明显的干涉图样的条件是两列波的频率相同 且振动步调一致 注意 波的干涉是波的叠加的特殊情形 一切波都能发生干涉 干涉是波的特有现象 振动加强的区域始终加强是不是指该处的质点的振动位移总是为最大值 振动减弱的区域始终减弱是不是指该处的质点的振动位移总是为最小值 结论 振动加强 或减弱 的区域是指质点的振幅达最大值 或最小值 而不是指振动的位移 因为不管是加强区还是减弱区 质点都在作振动 它们的位移是时刻在变化的 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 思考与讨论 1 若P点为振动加强点 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S1 S2 两列波的波长为 则有 n 0 1 2 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 2 若P点为振动减弱点 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 n 0 1 2 波的干涉 波的衍射 海面上有大小不一的礁石 水波在传递过程中遇上它们时会有什么不同呢 1 波的衍射定义 波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射 实验研究 1 当水波的波长逐渐变大时 现象如下 2 当挡板的小孔逐渐变小时 现象如下 实验结论 1 窄缝或障碍物的宽度与波长相比非常大时 水波将直线传播 观察不到衍射现象 2 窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多 衍射现象越不明显 3 窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时 有明显的衍射现象 1 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 才能观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障碍物后方的阴影区域中 发生明显衍射现象的条件 思考 衍射中真的是孔或障碍物的尺寸越小越好吗 当孔或障碍物的尺寸过小时 由于衍射到后方的能量较弱 故衍射现象仍不明显 3 如何获得明显的衍射现象 一定时 可改变l 使l与 接近 l一定时 可改变 使 与l接近 一定时 可改变f 从而改变 2 具体实例 1 声波的衍射 隔墙有耳 2 电磁波的衍射 收看电视 波的衍射实例 1 衍射是波特有的现象 一切波都能发生衍射 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 衍射现象虽然存在 但由于是不明显的衍射现象 不易被我们观察到 1 以下关于波的衍射的说法 正确的是 A 波遇到障碍物时 一定会发生明显的衍射现象B 当孔的尺寸比波长越小 衍射现象明显C 当障碍物的尺寸比波长大得多时 衍射现象很明显D 只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时 才会发生明显的衍射现象 B 课堂练习 2 如图所示 S为波源 MN为两块挡板 其中M固定 N板可上下移动 两板中间有一块缝 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 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 BC 课堂练习 3 两列波发生了干涉现象 得到了干涉图样 则 A 振动加强的质点 始终处于最大位移处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C 波峰与波峰相遇处的质点 其振动始终加强D 波峰与波谷相遇处的质点 其振动始终削弱 BCD 课堂练习 4 如图所示 A B为两个完全相同的相干波源 它们产生的两列波在AB连线的中垂线上的P点相遇时 则 A P点振动始终加强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 AD 课堂练习 5 如图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 且图示的范围内振幅不变 波速和波长分别为1m s和0 5m 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点正处于平衡位置且向水面上运动D 从图示的时刻起经0 25s B点通过的路程为20cm BCD 课堂练习