3.3+波的干涉和衍射+課件【知識精研提升】高二上學期物理魯科版（2019）選擇性必修第一冊

第3章機械波3.3波的干涉和衍射時常會看到這樣的現(xiàn)象:幾列水波相遇時,波形會發(fā)生變化，水波脫離接觸,又會恢復原來的形態(tài)。為什么產生這樣的現(xiàn)象呢？1.如圖所示，兩列同相的波相遇前(①)、相遇中(②、③、④)、相遇后(⑤)的情景：(1)比較兩列波相遇前(①)與相遇后(⑤)的波形有什么關系？兩列波相遇前、相遇后的波形各自相同。兩列同相波疊加，振動加強、振幅增大。(2)觀察兩列同相波的相遇中(②、③、④)，振動是加強還是減弱的？振幅是增大還是減小的？2.如圖所示，兩列反相的波相遇前(①)、相遇中(②、③)、相遇后(④)的情景：(1)比較兩列波相遇前(①)與相遇后(④)的波形有什么關系？兩列波相遇前、相遇后的波形各自相同。(2)觀察兩列反相波的相遇中(②、③)，振動是加強還是減弱的？振幅是增大還是減小的？兩列反相波的疊加，振動減弱，振幅減小。[梳理與總結]1.波的獨立傳播性幾列波在介質中傳播，相遇后

。仍能保持各自原有的運動特征(波長、頻率、振幅等)不變并繼續(xù)傳播2.波的疊加原理在幾列波相遇的區(qū)域里，介質中的質點同時參加相遇的波列的振動，質點的位移等于

。相遇波列單獨存在時在該處引起的位移的矢量和聲波在相互交錯、疊加后互不影響，仍保持原來的性質向前傳播。這種現(xiàn)象體現(xiàn)了波傳播時具有獨立性?！帮L聲、雨聲、讀書聲，聲聲入耳”體現(xiàn)了波的什么性質？(1)在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質點的位移都等于原來位移的2倍。(

)(2)兩列波疊加時，質點的位移一定增大。(

)(3)只有頻率相同的兩列波才可以疊加。(

)(4)兩列波相遇后各自的傳播特點不會受到影響。(

)×√××1.(多選)如圖所示為兩列相向傳播且振幅、波長都相同的橫波，它們相遇后，下列圖像可能存在的是√√波的疊加原理是波具有獨立傳播性的必然結果，由于總位移是各個位移的矢量和，所以疊加區(qū)域的質點的振幅可能增大，也可能減小。(1)兩列同相波疊加，振動加強，振幅增大。(2)兩列反相波疊加，振動減弱，振幅減小。視頻中手帶動兩個小球振動時，會產生振動方向、振動頻率都相同的兩列水波。觀察這兩列波疊加時的現(xiàn)象。在振動的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間擴散開的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域相互間隔，并且出現(xiàn)的位置是固定的。1.波的干涉的定義：振動頻率和振動方向相同的兩列波疊加后，振動加強和振動減弱的區(qū)域互相

、穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，稱為波的干涉，形成的圖樣稱為干涉圖樣。2.產生干涉的條件：

和

相同的波。間隔頻率振動方向3.干涉圖樣(如圖)的特征(1)加強區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變。(2)加強區(qū)始終

，減弱區(qū)始終

(加強區(qū)與減弱區(qū)不隨時間變化)。(3)加強區(qū)與減弱區(qū)互相

。4.干涉現(xiàn)象是波的重要特征之一。加強減弱間隔1.振動加強點和振動減弱點的振幅有什么特點？能不能認為振動加強點的位移始終最大，振動減弱點的位移始終最?。繛槭裁?？振動加強點：振動的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2。振動減弱點：振動的振幅等于兩列波振幅之差的絕對值，A＝|A1－A2|。不能，振動加強(減弱)點是指質點的振幅最大(小)，而不是指振動的位移最大(小)，因為位移是在時刻變化的，加強點和減弱點的位移均可以為零，只有發(fā)生干涉的兩列波振幅大小相等，減弱點位移才始終為零。2.如果兩個波源頻率不同，會不會出現(xiàn)振動總是加強與總是減弱的區(qū)域？為什么？不會。如果兩列波頻率不同，在相遇點兩列波的相位差會發(fā)生變化，不存在波峰總是與波峰相遇或波峰總是與波谷相遇的情況。3.圖中表示兩列頻率相同的橫波相遇時某一時刻的情況，實線表示波峰，虛線表示波谷，此時M點是波峰與波峰相遇的點，是凸起最高的位置之一。(1)半個周期后，圖中六個點中，哪些點具有最大正向位移？哪些點具有負向最大位移？哪些點比較“平靜”？半個周期后，K、P點具有正向最大位移，M、Q具有負向最大位移，H、N點比較“平靜”。(2)隨著時間的推移，原來M點這個凸起最高的位置在向哪個方向移動？是不是M質點在向那個方向遷移？M質點在哪個方向上運動？凸起的最高點由M向P移動，M點并不隨波遷移，而只在垂直于紙面的方向上運動。(3)由圖中時刻經過

時，M質點的位移有什么特點？位移為02.(2023·福建漳州市高二月考)如圖為振幅、頻率相同的兩列橫波在t＝0時刻相遇時形成的干涉圖樣，實線與虛線分別表示波峰和波谷，已知兩列波的振幅均為5cm，波速和波長均為1m/s和0.4m。下列說法正確的是A.P點始終處于波谷B.R、S兩位置可以處于波谷狀態(tài)C.Q點在t＝0.2s時刻將處于波谷位置D.從t＝0到t＝0.2s的時間內，Q點通過的路程為10cm√3.(2022·河北遵化第一中學高二月考)如圖所示，S1、S2為兩個振動情況完全相同的波源，兩列波的波長都為λ，它們在均勻介質中產生干涉現(xiàn)象，S1、S2在空間中共形成了5個振動加強的區(qū)域，如圖中實線所示。P是振動加強區(qū)域中的一點，由圖可知A.P點到兩波源的距離差等于1.5λB.S1發(fā)出的波的傳播速度大于S2發(fā)出的波的傳播速度C.P點此時刻振動最強，經過半個周期后，P點振動變?yōu)樽钊鮀.當一列波的波峰傳到P點時，另一列波的波峰也一定傳到P點√r1r2PS1S2振動加強點和振動減弱點的判斷(1)條件判斷法：振動頻率相同、振動情況完全相同的兩波疊加時，設點到兩列波源的路程差為Δr，當Δr＝|r2－r1|＝kλ(k＝0,1,2，…)時為振動加強點；當Δr＝|r2－r1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)時為振動減弱點。若兩波源振動步調相反，則上述結論相反。(2)現(xiàn)象判斷法：若某點總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點為振動加強點，若總是波峰與波谷相遇，則為振動減弱點。繞過障礙物傳播通過孔隙,傳播范圍變寬波在傳播過程中遇到障礙物時波的行為會發(fā)生什么變化？1.定義波繞過

或通過

繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，稱為波的衍射。2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或狹縫的尺寸跟

相差不大，或者比波長

。3.一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波

的現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象只有“明顯”與“不明顯”之分。障礙物孔隙波長更小特有1.如果孔比波長大很多，波就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象，這種說法對嗎？不對，一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。孔比波長大很多時，衍射現(xiàn)象依然存在，只是無法觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2.如果孔比波長小很多，一定能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象嗎？不一定，如果孔比波長小的太多，繞過障礙物的波的能量較弱，也不易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。3.為什么聲波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象？聲波的波長為1.7cm～17m，與一般障礙物的尺寸相比差不多，或比其大。故聲波的衍射現(xiàn)象極為明顯。4.(多選)(2022·浙江紹興市高二期中)如圖所示是觀察水波衍射的實驗裝置。AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源。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)之間的距離表示一個波長，則關于波經過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是A.能觀察到明顯的波的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴大，可以觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象√√5.(2023·安徽安慶市高二檢測)圖中S為在水面上振動的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中M板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水沒有振動，為使A處水也能發(fā)生振動，可采用的方法是A.使波源的頻率增大B.使波源的振幅增大C.向上移動MD.向下移動M√