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

第3章機(jī)械波3.3波的干涉和衍射時(shí)常會(huì)看到這樣的現(xiàn)象:幾列水波相遇時(shí),波形會(huì)發(fā)生變化，水波脫離接觸,又會(huì)恢復(fù)原來的形態(tài)。為什么產(chǎn)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(guān)系？?jī)闪胁ㄏ嘤銮?、相遇后的波形各自相同。兩列同相波疊加，振動(dòng)加強(qiáng)、振幅增大。(2)觀察兩列同相波的相遇中(②、③、④)，振動(dòng)是加強(qiáng)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(guān)系？?jī)闪胁ㄏ嘤銮?、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(dòng)是加強(qiáng)還是減弱的？振幅是增大還是減小的？?jī)闪蟹聪嗖ǖ寞B加，振動(dòng)減弱，振幅減小。[梳理與總結(jié)]1.波的獨(dú)立傳播性幾列波在介質(zhì)中傳播，相遇后

。仍能保持各自原有的運(yùn)動(dòng)特征(波長(zhǎng)、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(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加相遇的波列的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于

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

)(2)兩列波疊加時(shí)，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)不會(huì)受到影響。(

)×√××1.(多選)如圖所示為兩列相向傳播且振幅、波長(zhǎng)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(dú)立傳播性的必然結(jié)果，由于總位移是各個(gè)位移的矢量和，所以疊加區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的振幅可能增大，也可能減小。(1)兩列同相波疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大。(2)兩列反相波疊加，振動(dòng)減弱，振幅減小。視頻中手帶動(dòng)兩個(gè)小球振動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率都相同的兩列水波。觀察這兩列波疊加時(shí)的現(xiàn)象。在振動(dòng)的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間擴(kuò)散開的相對(duì)平靜的區(qū)域和劇烈振動(dòng)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(dòng)頻率和振動(dòng)方向相同的兩列波疊加后，振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)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(chǎn)生干涉的條件：

和

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

，減弱區(qū)始終

(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化)。(3)加強(qiáng)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(qiáng)減弱間隔1.振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的振幅有什么特點(diǎn)？能不能認(rèn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大，振動(dòng)減弱點(diǎn)的位移始終最??？為什么？振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)：振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之和，A＝A1＋A2。振動(dòng)減弱點(diǎn)：振動(dòng)的振幅等于兩列波振幅之差的絕對(duì)值，A＝|A1－A2|。不能，振動(dòng)加強(qiáng)(減弱)點(diǎn)是指質(zhì)點(diǎn)的振幅最大(小)，而不是指振動(dòng)的位移最大(小)，因?yàn)槲灰剖窃跁r(shí)刻變化的，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)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(diǎn)位移才始終為零。2.如果兩個(gè)波源頻率不同，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)總是加強(qiáng)與總是減弱的區(qū)域？為什么？不會(huì)。如果兩列波頻率不同，在相遇點(diǎn)兩列波的相位差會(huì)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(shí)某一時(shí)刻的情況，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，此時(shí)M點(diǎn)是波峰與波峰相遇的點(diǎn)，是凸起最高的位置之一。(1)半個(gè)周期后，圖中六個(gè)點(diǎn)中，哪些點(diǎn)具有最大正向位移？哪些點(diǎn)具有負(fù)向最大位移？哪些點(diǎn)比較“平靜”？半個(gè)周期后，K、P點(diǎn)具有正向最大位移，M、Q具有負(fù)向最大位移，H、N點(diǎn)比較“平靜”。(2)隨著時(shí)間的推移，原來M點(diǎn)這個(gè)凸起最高的位置在向哪個(gè)方向移動(dòng)？是不是M質(zhì)點(diǎn)在向那個(gè)方向遷移？M質(zhì)點(diǎn)在哪個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)？凸起的最高點(diǎn)由M向P移動(dòng)，M點(diǎn)并不隨波遷移，而只在垂直于紙面的方向上運(yùn)動(dòng)。(3)由圖中時(shí)刻經(jīng)過

時(shí)，M質(zhì)點(diǎn)的位移有什么特點(diǎn)？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(shí)刻相遇時(shí)形成的干涉圖樣，實(shí)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(zhǎng)均為1m/s和0.4m。下列說法正確的是A.P點(diǎn)始終處于波谷B.R、S兩位置可以處于波谷狀態(tài)C.Q點(diǎn)在t＝0.2s時(shí)刻將處于波谷位置D.從t＝0到t＝0.2s的時(shí)間內(nèi)，Q點(diǎn)通過的路程為10cm√3.(2022·河北遵化第一中學(xué)高二月考)如圖所示，S1、S2為兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的波源，兩列波的波長(zhǎng)都為λ，它們?cè)诰鶆蚪橘|(zhì)中產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，S1、S2在空間中共形成了5個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，如圖中實(shí)線所示。P是振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域中的一點(diǎn)，由圖可知A.P點(diǎn)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(diǎn)此時(shí)刻振動(dòng)最強(qiáng)，經(jīng)過半個(gè)周期后，P點(diǎn)振動(dòng)變?yōu)樽钊鮀.當(dāng)一列波的波峰傳到P點(diǎn)時(shí)，另一列波的波峰也一定傳到P點(diǎn)√r1r2PS1S2振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)的判斷(1)條件判斷法：振動(dòng)頻率相同、振動(dòng)情況完全相同的兩波疊加時(shí)，設(shè)點(diǎn)到兩列波源的路程差為Δr，當(dāng)Δr＝|r2－r1|＝kλ(k＝0,1,2，…)時(shí)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)；當(dāng)Δr＝|r2－r1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)時(shí)為振動(dòng)減弱點(diǎn)。若兩波源振動(dòng)步調(diào)相反，則上述結(jié)論相反。(2)現(xiàn)象判斷法：若某點(diǎn)總是波峰與波峰或波谷與波谷相遇，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，若總是波峰與波谷相遇，則為振動(dòng)減弱點(diǎn)。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(shí)波的行為會(huì)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(zhǎng)

。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(zhǎng)更小特有1.如果孔比波長(zhǎng)大很多，波就不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，這種說法對(duì)嗎？不對(duì)，一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象?？妆炔ㄩL(zhǎng)大很多時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)裝置。AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源。圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則關(guān)于波經(jīng)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(kuò)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(cè))圖中S為在水面上振動(dòng)的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中M板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水沒有振動(dòng)，為使A處水也能發(fā)生振動(dòng)，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(dòng)MD.向下移動(dòng)M√