12.4 波的衍射和干涉 教案.pdf

1、12.4波的衍射和干涉波的衍射和干涉(教师用书独具)课标要求1 .知道波的衍射现象，理解发生明显衍射现象的条件2 .知道波的叠加原理和波的干涉现象3 .理解形成稳定干涉图样的条件，知道波的干涉图样的特点4 .知道衍射和干涉是波特有的现象课标解读1 .理解什么是波的衍射现象，知道衍射是波特有的现象2 .知道波发生衍射是没有条件的，只是明显不明显的问题3 .知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象和干涉图样，知道干涉现象也是波所特有的现象4 .了解波的衍射和干涉在生活中的应用，感受物理与生活的密切联系教学地位波的衍射和干涉是波特有的现象，与生活联系紧密，具有较强的实用性，也是高考的热点问题(教师用

2、书独具)图教 1241新课导入建议内燃机、 通风机、 鼓风机、 压缩机、 燃气轮机在排放各种高速气流的过程中，都伴随有噪声利用干涉原理制成的干涉型消声器可以降低这种噪声如图教1241 所示为一台干涉型消声器的原理图通过本节的学习将破解其中的奥秘教学流程设计课前预习安排：1.看教材.2.学生合作讨论完成【课前自主导学】.步骤 1：导入新课，本节教学地位分析步骤 2：老师提问，学生回答补充，检查预习效果步骤 3：师生互动完成“探究 1”教师讲解例题步骤 7：指导学生完成【当堂双基达标】验证学习情况步骤 6：完成“探究 3”重在讲解综合应用规律、方法、技巧步骤 5：师生互动完成“探究 2”方式同完成

3、“探究 1”步骤 4：让学生完成【迁移应用】 ，检查完成情况并点评步骤 8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.理解什么是波的衍射现象，知道衍射是波特有的现象.2.知道波发生明显衍射的条件.3.知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象，理解干涉图样的特点，知道干涉是波特有的现象.4.了解波的衍射和干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系.1.波发生明显衍射现象的条件和产生干涉的条件(重点)2.稳定干涉情况下加强点和减弱点的分析(重点)3.波的叠加原理(难点)波的衍射1.基本知识(1)定义波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射

4、(2)发生明显衍射现象的条件：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(3)一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象2.思考判断(1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象()(2)衍射是波特有的现象()(3)孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象()3.探究交流日常生活中“闻其声而不见其人”的物理现象的原因是什么？【提示】声波的波长比较长，容易发生衍射，能绕过一般的障碍物，而光波波长很短，不容易发生衍射现象，故生活中常常是听到人的声音而看不到人波的干涉1.基本知识(1)波的叠加原理波的独立传播：几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播即各自的

5、波长、频率等保持不变波的叠加：在几列波重叠的区域里，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(2)波的干涉定义：频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大，某些区域的振幅减小，而且振幅加大的区域和振幅减小的区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫做干涉图样干涉条件：两列波的频率必须相同；两个波源的相位差必须保持不变一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象2.思考判断(1)“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象()(2)在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象()(3)两列频率不同的水波叠加也能产生稳定的干涉图样()3.探究交流有

6、人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？【提示】这种说法不正确在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零波的衍射现象【问题导思】1.如何理解波的衍射现象？2.发生明显衍射现象的条件是什么？3.你能否举几个日常生活中波的衍射的实例？1.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射凡能发生衍射现象的就是波2.波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异波长较长的波容易发生明显的衍射现象3.波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个

7、新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况1 .障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象2 .当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射图 1241如图 1241 是观察水面波衍射的实验装置，AC 和 BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O 是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()A此时能明显观察到波的衍射现象B挡板前后波纹间距离相等C

8、如果将孔 AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象【审题指导】能发生衍射和能发生明显的衍射不同，波的衍射是不需要条件的，而要发生明显的衍射必须满足一定的条件【解析】根据波有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多从图中可看出孔 AB 的尺寸小于一个波长，所以此时明显地观察到衍射现象，A 正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔 AB 扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C 正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件

9、， 也有可能观察不到明显的衍射现象， D 错误【答案】ABC1.(2012江苏南通市高二期中)如下图所示为水波的衍射现象，S 为波源，d 为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是()【解析】选项 A、B 中小孔宽度远大于波长，衍射现象不明显，故 A 错，B 对；选项 C、D 中小孔宽度远小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后，波速和频率不变，波长应不变，故 C 对，D 错【答案】BC波的干涉现象【问题导思】1.波的干涉条件是什么？2.如何理解波的叠加原理？3.如何理解干涉图样中的加强点和减弱点的特征？1.波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加2.稳定干涉图样的

10、产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等， 这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点 因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象3.明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足干涉条件外，还必须满足两列波振幅差别不大振幅越是接近，干涉图样越明显4.振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅小)但其位移随时间发生变化5.干涉图样及其特征(1)干涉图样：如图 1242 所示图 1242(2)特征：加强区和减弱区的位置固定不变

11、加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)加强区与减弱区互相间隔1 .振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移也为零只是振幅为两列波振幅之和，显得振动剧烈2 .振动减弱点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止图 1243 所示为两个相干波源 S1、 S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷，下列说法正确的是()图 1243Aa、c 两点的振动加强，b、d 两点的振动减弱Be、f 两

12、点的振动介于加强点和减弱点之间C经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰【审题指导】波的干涉图样所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着， 其位移的大小和方向也在不停地变化着 但要注意， 对于稳定的干涉， 振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的【解析】a 点是波谷和波谷相遇的点，c 是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而 b、d 两点是波峰和波谷相遇的点，都是振动减弱的点，选项 A正确e 点位于加强点的连线上，仍为加强点，f 点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，选项 B 错误相干波源叠

13、加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，选项 C 错误因形成干涉图样的质点都在不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，选项 D 正确【答案】AD2.图 1244 所示是水波干涉的示意图，S1、S2是两波源，A、D、B 三点在一条直线上，两波源的频率相同，振幅相等，则下列说法正确的是()图 1244AA 点一会儿在波峰，一会儿在波谷BB 点一会儿在波峰，一会儿在波谷CC 点一会儿在波峰，一会儿在波谷DD 点一会儿在波峰，一会儿在波谷【解析】在波的干涉中，振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动，只是质点的振幅较大，为 A1A2.本题中由于 A1A2，故振动减弱区的质点并不振动，而此时

14、A 点是波峰与波峰相遇，B 点是波谷与波谷相遇，都是加强点，又因为 A、D、B 三点在一条振动加强线上，这条线上任一点的振动都是加强的，故此三点都为加强点，且都是一会儿在波峰，一会儿在波谷而 C点是波峰与波谷相遇点，是减弱点，不振动【答案】ABD综合解题方略振动加强点和减弱点的判断图 1245两列简谐横波均沿 x 轴传播， 传播速度大小相等， 其中一列沿 x 正方向传播，如图 1245 中虚线所示，另一列沿 x 负方向传播，如图中实线所示，这两列波的频率相等，振动方向均沿 y 轴，则此时图中 x1、2、3、4、5、6、7、8 各点中振幅最大的是 x_的点，振幅最小的是 x_的点【审题指导】解答

15、本题应把握以下两点：(1)产生干涉的条件是两列波频率相同(2)振动加强和减弱的条件【规范解答】在图示时刻，各点的合位移均为零，此时波形是与 x 轴重合的一条直线对于 4、8 两点，两列波反向传播使这两点振动情况总相同，振幅变为原来的两倍；而 2、6 两点，两列波反向传播使得这两点一直处于平衡位置，振幅为零；其余各点的振幅均在 02A 之间【答案】4、82、6判断振动加强和减弱的常用方法1 .条件判断法振动频率相同、振动步调完全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源的距离差为r.(1)当rk(k0，1，2，)时为加强点(2)当r(2k1)/2 时为减弱点(k0，1，2，)若两波源振动步调相反，则

16、上述结论相反2 .现象判断法若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则为减弱点若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播14T，看该点是波峰和波峰(波谷与波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点1 .下列属于明显衍射现象的是()A隔墙有耳B池中假山前有水波，假山后无水波C河中芦苇后面没有留下无波的区域D在大山前喊话，多次听到自己的声音【解析】假山前有波，假山后无波，说明波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象， B 不正确 对着大山喊话， 多次听到自己的声音是波的反射现象，D 不正确【答案】AC2.(2013杭州检测)关于波

17、的衍射现象，下列说法中正确的是()A一些波在一定条件下才有衍射现象B某些波在任何情况下都有衍射现象C一切波在一定条件下才有衍射现象D一切波在任何情况下都有衍射现象【解析】衍射是波传播过程中独具的特征之一，衍射现象的发生不需要条件，即一切波在任何情况下都能发生衍射现象，只是明显或不明显罢了，要想发生明显的衍射现象，必须满足一定的条件，即孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相当或比波长更小【答案】D3.关于干涉和衍射现象说法正确的是()A两列波在介质中叠加，一定产生稳定的干涉现象B因衍射是波特有的现象，所以波遇到障碍物时一定能产生明显衍射现象C叠加规律适用于一切波D只有频率相同的两列波叠加才能产生稳定

18、的干涉现象【解析】频率相同是干涉的必要条件，A 错，D 对；一切波在任何条件下都能发生衍射现象，但只有障碍物的尺寸与波长相差不多，或比波长小时，衍射才最明显，B 错；波的叠加没有条件限制，C 对【答案】CD4 .两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以 1.0 m/s 的速率沿同一直线相向传播，t0 时刻的波形如图 1246 所示，图中小方格的边长为 0.1 m则以下不同时刻，波形正确的是()图 1246【解析】脉冲波在介质中传播，xvt，当 t0.3 s 时，两脉冲波各沿波的传播方向传播 0.3 m，恰好相遇，故 A 正确当 t0.4 s、0.5 s、0.6 s 时，两脉冲波各沿波的传播方向传播

19、0.4 m、0.5 m、0.6 m，由波的叠加原理可知 B、D 正确，C 错【答案】ABD5 .(2013山东高考)如图 1247 所示，在某一均匀介质中，A、B 是振动情况完全相同的两个波源，其简谐运动表达式均为 x0.1 sin(20t)m，介质中 P点与 A、 B 两波源间的距离分别为 4 m 和 5 m， 两波源形成的简谐横波分别沿 AP、BP 方向传播，波速都是 10 m/s.图 1247(1)求简谐横波的波长(2)P 点的振动_(填“加强”或“减弱”)【解析】(1)设此简谐横波的波速为 v，波长为，周期为 T，由题意知T0.1 s由波速公式vT代入数据得1 m(2)PBPA1 m，即 P 点的振动加强【答案】1 m加强