人教版高中物理选修3-4课件：12.5《波的衍射》.ppt

1、第十二章第十二章 机机 械械 波波 波波 的的 衍衍 射射 1. 1. 惠更斯原理惠更斯原理 波在弹性介质中运动时波在弹性介质中运动时, ,任一点任一点P 的振动的振动, ,将会将会 引起邻近质点的振动。就此特征而言，振动着的引起邻近质点的振动。就此特征而言，振动着的 P 点与波源相比，除了在时间上有延迟外，并无其他点与波源相比，除了在时间上有延迟外，并无其他 区别。因此，区别。因此，P 可视为一个新的波源。可视为一个新的波源。1690年，惠年，惠 更斯总结出了以其名字命名的更斯总结出了以其名字命名的惠更斯原理：惠更斯原理： 介质中任一波面上的各点，都可介质中任一波面上的各点，都可 看成是产生

2、球面子波的波源；在其后看成是产生球面子波的波源；在其后 的任一时刻，这些子波的包络面构成的任一时刻，这些子波的包络面构成 新的波面。新的波面。 惠更斯惠更斯 惠更斯原理惠更斯原理 障碍物的小孔成为新的波源障碍物的小孔成为新的波源 原波阵面原波阵面 新波阵面新波阵面 S1 S2 t 时刻时刻 t+Dt 时刻时刻 uDt t + +D Dt 时刻波面时刻波面 平面波平面波 uD Dt 波传播方向波传播方向 t 时刻波面时刻波面 球面波球面波 t t + D Dt a 惠更斯原理惠更斯原理 2. 2. 波的衍射波的衍射 当波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向绕过障当波在传播过程中遇到障碍物时，其传

3、播方向绕过障 碍物发生偏折的现象，称为碍物发生偏折的现象，称为波的衍射波的衍射。 波在窄缝的衍射效应波在窄缝的衍射效应 现象：现象：水波绕过小孔继续传水波绕过小孔继续传 播播 1. 波的衍射：波可以绕过障碍物波的衍射：波可以绕过障碍物 继续传播的现象叫做波的衍继续传播的现象叫做波的衍 射射 2. 一切波都能发生衍射一切波都能发生衍射 3. 衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象 二、发生明显衍射现象的条二、发生明显衍射现象的条 件件 结论： 窄缝宽度跟波长窄缝宽度跟波长相差不多相差不多时时， 有有明显明显的衍射现象；的衍射现象； 窄缝宽度比波长窄缝宽度比波长大得越多大得越多，衍衍 射现象射现象越

4、不明显越不明显； 窄缝宽度跟波长相比窄缝宽度跟波长相比非常大非常大时时， 水波将水波将直线传播直线传播，观察不到衍观察不到衍 射现象射现象 发生明显衍射现象的条件：发生明显衍射现象的条件： 只有缝只有缝、孔的宽度或障碍物的尺孔的宽度或障碍物的尺 寸跟波长相差不多寸跟波长相差不多，或者比波长或者比波长 更小时更小时，才能观察到明显的衍射才能观察到明显的衍射 现象现象 注意：注意：一切波都能发生衍射一切波都能发生衍射， 而要发生明显的衍射现象须满足而要发生明显的衍射现象须满足 上述条件上述条件，当不满足上述条件时当不满足上述条件时， 衍射现象仍存在衍射现象仍存在，只不过是衍射只不过是衍射 现象不明

5、显现象不明显，不易被我们观察到不易被我们观察到 例题：如图是观察水面波衍射的实验装例题：如图是观察水面波衍射的实验装 置置，AC和和BD是两块挡板是两块挡板，AB是一个孔是一个孔， O为波源为波源，图中已画出波源所在区域波的图中已画出波源所在区域波的 传播情况传播情况，每两条相邻波纹每两条相邻波纹（图中曲线图中曲线） 之间距离表示一个波长之间距离表示一个波长，则波经过孔之则波经过孔之 后的传播情况后的传播情况，下述描述正确的是下述描述正确的是（ ） A此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象 B挡板前波纹间距离相等挡板前波纹间距离相等 C如果将孔如果将孔AB扩大扩大，有可能观察

6、不到明有可能观察不到明 显的衍射现显的衍射现象象 D如果孔的大小不变如果孔的大小不变，使波源频率增大使波源频率增大， 能更明显地观察衍射现象能更明显地观察衍射现象 解析：解析：由图可看出孔由图可看出孔AB与波长相比与波长相比 小于一个波长小于一个波长，则则A对对. 介质及波源不变则不变介质及波源不变则不变，B对对 将孔变大将孔变大，若孔的大小比较大则不能若孔的大小比较大则不能 看到明显衍射现象看到明显衍射现象，C对对 增大频率增大频率，更不容易看到衍射现象更不容易看到衍射现象，D 错错. 所以所以，正确选项为正确选项为AB、C. . . . . . . . . . 一、用惠更斯原理解释衍射现象

7、 障碍物障碍物 障碍物后的障碍物后的 阴影部分阴影部分 平面波平面波 平面波波面平面波波面 障碍后障碍后 的波面的波面 障碍后障碍后 的波线的波线 波在传播过程中，遇到障碍物波在传播过程中，遇到障碍物 时其传播方向发生改变，绕过障碍时其传播方向发生改变，绕过障碍 物的边缘继续传播的现象。物的边缘继续传播的现象。 利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。 1.1.波的衍射波的衍射 波达到狭缝处，缝上各点都可看波达到狭缝处，缝上各点都可看 作子波源，作出子波包络，得到新的作子波源，作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。 水波通过狭缝后的衍射图象。水波通过狭缝后的衍射图象。 二、惠更斯原理的应用二、惠更斯原理的应用 衍射：衍射：波传播过程中遇到障碍物而发波传播过程中遇到障碍物而发 生偏离原方向传播的现象生偏离原方向传播的现象