波的衍射和干涉教案.doc

5波的衍射和干涉1波的衍射(1)波的衍射現(xiàn)象首先觀察水槽中水波的傳播：圓形的水波向外擴(kuò)散，越來越大。然后，在水槽中放入一個(gè)不大的障礙屏，觀察水波繞過障礙屏傳播的情況。波繞過障礙物的現(xiàn)象，叫做波的衍射。再引導(dǎo)學(xué)生觀察：在水槽中放入一個(gè)有孔的障礙屏，水波通過孔后也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象?？唇滩闹械牟鍒D，解釋“繞過障礙物”的含義。(2)發(fā)生明顯波的衍射的條件在不改變波源的條件下，將障礙屏的孔由較大逐漸變小?？梢钥吹讲ǖ难苌洮F(xiàn)象越來越明顯。由此得出結(jié)論：障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。可能的話，在不改變障礙孔的條件下，使水波的波長逐漸變大或逐漸變小。可以看到，當(dāng)波長越小時(shí)，波的衍射現(xiàn)象越明顯。由此得出結(jié)論：當(dāng)障礙物的大小與波長相差不多時(shí)，波的衍射現(xiàn)象較明顯。小結(jié)：發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的大小比波長小，或者與波長相差不多。波的衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象。在生活中，可遇到的波的衍射現(xiàn)象有：聲音傳播中的“隔墻有耳”現(xiàn)象；在房間中可以接受到收音機(jī)和電視信號，是電磁波的衍射現(xiàn)象。教師在線例1一列水波穿過小孔產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，衍射后水波的強(qiáng)度減弱是因?yàn)椋?）A、水波的波長增大 B、水波的周期增大 C、水波的頻率減小D、水波的振幅減小例2如圖所示，S為波源，M、N為兩塊擋板，其中M板固定，N板可上下移動(dòng)，兩板中間有狹縫。此時(shí)，測得A點(diǎn)沒有振動(dòng)，為了使A點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)，可采用的方法是（ ）A、增大波源頻率 B、減小波源頻率 C、將N板向上移動(dòng)一些 D、將N板向下移動(dòng)一些同步訓(xùn)練1如圖所示是觀察水面波衍射的試驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O為波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間距離表示一個(gè)波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是（ ）A此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象 B擋板前波紋間距離相等C如果將孔AB擴(kuò)大有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察衍射現(xiàn)象2如圖是不同頻率地水波通過相同地小孔所能到達(dá)區(qū)域地示意圖， 情況中水波地頻率最大； 情況中水波地頻率最小。3將一只小瓶立于水波槽中，在槽中激發(fā)水波，若想在瓶子后面看到水波繞進(jìn)的現(xiàn)象，激發(fā)水波的振子振動(dòng)頻率大寫好還是小些好？為什么？4下列說法中正確的是（ ）A衍射是一切波特有的現(xiàn)象 B對同一列波，障礙物或小孔越小衍射越明顯C聽到回聲是聲波的衍射現(xiàn)象 D聽到回聲是共鳴現(xiàn)象5一列水波穿過小孔產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，衍射后水波的強(qiáng)度減弱是因?yàn)椋?）A水波的波長增大 B水波的周期增大 C水波的頻率減小 D水波的振幅減小6在做水波通過小孔衍射的演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，激發(fā)水波的振子振動(dòng)頻率為5Hz，水波在水槽中傳播速度為0.05m/s，為使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，使用小孔直徑d應(yīng)為 m 。拓展嘗新7如圖1038所示，正中O是水面上一波源，實(shí)、虛線分別表示該時(shí)刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經(jīng)過一段時(shí)間，水面上的波形將分布于（ ）A整個(gè)區(qū)域 B陰影I以外區(qū)域C陰影II以外區(qū)域 D上述答案均不對2波的干涉觀察現(xiàn)象：在水槽演示儀上有兩個(gè)振源的條件下，單獨(dú)使用其中的一個(gè)振源，水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播；再單獨(dú)使用另一個(gè)振源，水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播。現(xiàn)象的結(jié)論：每一個(gè)波源都按其自己的方式，在介質(zhì)中產(chǎn)生振動(dòng)，并能使介質(zhì)將這種振動(dòng)向外傳播。觀察現(xiàn)象：找兩個(gè)同學(xué)拉著一條長橡皮管，讓他們同時(shí)分別抖動(dòng)一下橡皮管的端點(diǎn)，則會(huì)從兩端各產(chǎn)生一個(gè)波包向?qū)Ψ絺鞑ァ．?dāng)兩個(gè)波包在中間相遇時(shí)，形狀發(fā)生變化，相遇后又各自傳播?，F(xiàn)象的結(jié)論：波相遇時(shí)，發(fā)生疊加。以后仍按原來的方式傳播。(1)波的疊加兩列波相遇時(shí)，在波的重疊區(qū)域，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移，都等于兩列波分別引起的位移的矢量和。結(jié)合圖1，解釋此結(jié)論。解釋：在介質(zhì)中選一點(diǎn)P為研究對象，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波峰，則引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)也傳播到了P點(diǎn)，若恰好也是波峰，則也會(huì)引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向上的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)被加強(qiáng)了。(當(dāng)然，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波谷，則引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)傳播到了P點(diǎn)時(shí)，若恰好也是波谷，則也會(huì)引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向下的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)還是被加強(qiáng)了。)用以上的分析，說明什么是振動(dòng)被加強(qiáng)。波源1經(jīng)過半周期后，傳播到P點(diǎn)的振動(dòng)變?yōu)椴ü龋蜁?huì)使P點(diǎn)的振動(dòng)向下，但此時(shí)波源2傳過來的振動(dòng)不一定是波谷(因?yàn)閮刹ㄔ吹闹芷诳赡懿煌?，所以，此時(shí)P點(diǎn)的振動(dòng)可能被減弱，也可能是被加強(qiáng)的。(讓學(xué)生來說明原因)思考：如果希望P點(diǎn)的振動(dòng)總能被加強(qiáng)，應(yīng)有什么條件？思考：如果在介質(zhì)中有另一質(zhì)點(diǎn)Q，希望Q點(diǎn)的振動(dòng)總能被減弱，應(yīng)有什么條件？結(jié)論：波源1和波源2的周期應(yīng)相同。(2)波的干涉觀察現(xiàn)象：水槽中的水波的干涉。對水波干涉圖樣的解釋中，特別要強(qiáng)調(diào)兩列水波的頻率是相同的，所以產(chǎn)生了在水面上有些點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，而另一些點(diǎn)的振動(dòng)減弱的現(xiàn)象，加強(qiáng)和減弱的點(diǎn)的分布是穩(wěn)定的。如圖2所示。在解釋和說明中，特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的幾點(diǎn)是：此圖是某時(shí)刻兩列波傳播的情況；兩列波的頻率(波長)相等；當(dāng)兩列波的波峰在某點(diǎn)相遇時(shí)，這點(diǎn)的振動(dòng)位移是正的最大值，過半周期后，這點(diǎn)就是波谷和波谷相遇，則這點(diǎn)的振動(dòng)位移是負(fù)的最大值；振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)的，振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)總是減弱的。在以上分析的基礎(chǔ)上，給出干涉的定義：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉，形成的圖樣叫做波的干涉圖樣。 小結(jié)：介質(zhì)中某點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較大的振幅振動(dòng)；而某點(diǎn)的振動(dòng)減弱，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較小的振幅振動(dòng)，這與只有一個(gè)波源的振動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)均按此波源的振動(dòng)方式振動(dòng)是不同的。(3)波的干涉與疊加的關(guān)系干涉是一種特殊的疊加。任何兩列波都可以進(jìn)行疊加，但只有兩列頻率相同的波的疊加，才有可能形成干涉。干涉是波特有的現(xiàn)象。教師在線例1如圖1039表示兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇，圖中實(shí)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的是（ ）A、a、c兩的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱B、e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C、經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D、經(jīng)半個(gè)周期后，原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰例2如圖1040所示，在y軸上的Q、P兩點(diǎn)上有兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源，它們激起的機(jī)械波的波長為1m，Q、P兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為yQ=6m，yP=1m，那么在x軸上+到-的位置上，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域有_個(gè)。同步訓(xùn)練1一個(gè)波源在繩的左端發(fā)出半個(gè)波a，頻率為f1，振幅為A1，同時(shí)另一個(gè)波源在繩的右端發(fā)出半個(gè)波b，頻率為f2，振幅為A2，P為波源的中點(diǎn)，如圖1041所示，在下列說法中正確的是（ ）A. 兩列波同時(shí)到達(dá)兩波源的中點(diǎn)PB. 兩列波相遇時(shí)，P點(diǎn)波峰值可達(dá)A1+A2C. 兩列波相遇后，各自仍保持原來的波形傳播D. 兩列波相遇時(shí)，繩子上的波峰可達(dá)A1+A2的點(diǎn)只有一點(diǎn)，此時(shí)在P點(diǎn)的左側(cè)2如圖所示，S1和S2是兩個(gè)相干波源，在圖中分別以S1和S2為圓心作出了兩組同心圓弧，分別表示同一時(shí)刻兩列波的波峰和波谷，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，在圖中標(biāo)出了三個(gè)點(diǎn)a,b,c。在這三個(gè)點(diǎn)中，哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱？3如圖所示是水面上兩列頻率相同的波在某時(shí)刻的疊加情況，圖中實(shí)線為波峰波面，虛線為波谷液面，已知兩列波的振幅均為2cm，波速為2m/s，波長為8cm，E點(diǎn)是B,D和A,C連線的交點(diǎn)。下列說法中正確的是（ ）A. A,C處兩質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)B. B,D處兩質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的豎直高度差是4cmC. E點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)D. 經(jīng)0.02s，B點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)通過的路程是4cm4M,N為介質(zhì)中相距2L的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，從某時(shí)刻開始，兩質(zhì)點(diǎn)做同振幅和同頻率的振動(dòng)，并且開始時(shí)刻兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向均向上，已知兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)各自在介質(zhì)中產(chǎn)生橫波的波長均為L，且傳播方向相反，則自開始時(shí)刻起，經(jīng)過1.5個(gè)周期，M,N之間的波的波形圖像是下圖中的（ ）5如圖所示，兩個(gè)形狀完全相同的正弦波a,b沿同一直線分別向右、向左傳播，在它們相遇的某個(gè)時(shí)刻，圖中m,n部分的波形“消失”了，該時(shí)刻m,n兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向分別為（ ）A. m向上，n向下B. m向下，n向上C. m,n都向上D. m,n速度都是零6S1,S2為兩頻率相同的波源，如圖所示，某時(shí)刻實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，則P點(diǎn)（ ）A. 波谷與波谷疊加所以振動(dòng)減弱B. 波谷與波谷疊加所以始終處于最低位置C. 振動(dòng)始終加強(qiáng)D. 位移始終最大拓展嘗新7如圖1046所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，設(shè)兩列波的振幅均為5cm，且在圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5cm,C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn)，下列說法中正確的是（ ）AC,E兩點(diǎn)都保持靜止不動(dòng)B圖示時(shí)刻A,B兩點(diǎn)的豎直高度差為20cmC圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處在平衡位置且向水面上運(yùn)動(dòng)D從圖示時(shí)刻起經(jīng)0.25s，B點(diǎn)通過的路程為20cm8如圖1047所示，在同一均勻介質(zhì)中有S1、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)步調(diào)完全一致，S1、S2之間相距兩個(gè)波長，B點(diǎn)為S1、S2連線的中點(diǎn)。今以B點(diǎn)為圓心，以R=BS1為半徑畫圓，問在該圓上，除S1、S2兩波源外，共有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)？答案：教師在線例1解：水波的頻率是由波源的頻率決定的，發(fā)生衍射后水波的頻率不變，所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。波速是由介質(zhì)決定的，發(fā)生衍射后波速不變，由v=f知，水波的波長不變，先項(xiàng)A錯(cuò)誤。波的強(qiáng)弱是由振幅決定的，所以選項(xiàng)D正確。例2解：使A振動(dòng)起來的方法有兩個(gè)，一個(gè)是縫寬不變，使波的頻率即波源S的頻率減小以增加波長，當(dāng)波長大于縫寬時(shí)，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，A點(diǎn)便振動(dòng)起來；另一個(gè)是使波源的頻率一定，即波長一定，減小縫寬，當(dāng)縫寬減小到比波長小時(shí)，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，也可使A點(diǎn)振動(dòng)起來。故正確答案是B、D。同步訓(xùn)練1. ABC2. c a3. 頻率小些好。4. AB5. D6. d0.01拓展嘗新7. B 波的干涉答案：教師在線例1解：a點(diǎn)是波谷與波谷相遇的點(diǎn)，c點(diǎn)是波峰和波峰相遇的點(diǎn)，都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)；而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動(dòng)減弱的點(diǎn)，選項(xiàng)A正確。e位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線上，仍為加強(qiáng)點(diǎn)，f位于減弱點(diǎn)的連線上，仍為減弱點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會(huì)隨時(shí)間變化，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也是不停地做周期性振動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，選項(xiàng)D正確。故該題的