高中物理选修3-4--124波的衍射和干涉课件.ppt

1、12.4 12.4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉一、波的衍射一、波的衍射1 1、定义：、定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射1 1）一切波都能发生衍射）一切波都能发生衍射2 2）衍射是波特有的现象）衍射是波特有的现象说明：说明：2 2、发生明显衍射现象的条件、发生明显衍射现象的条件 观察现象：观察现象：1 1）窄缝宽度跟波长相差不多时，有）窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象明显的衍射现象2 2）窄缝宽度比波长大得越多，衍射）窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显现象越不明显3 3）窄缝宽度跟波长相比非常大时，）窄缝宽度跟波长相比非

2、常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象水波将直线传播，观察不到衍射现象只有缝、孔的宽度或障碍物的只有缝、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，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才能观察到明显的衍射现象注意：注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射

3、现象不明显，不当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到易被我们观察到 衍射中并不是孔或障碍物的尺寸越小越好。衍射中并不是孔或障碍物的尺寸越小越好。当孔或障碍物的尺寸过小时，当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。具体实例：具体实例：1 1）声波的衍射：隔墙有耳）声波的衍射：隔墙有耳2 2）电磁波的衍射：）电磁波的衍射：收看电视收看电视衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象：一切波都能发生衍射一切波都能发生衍射。但要发生但要发生明显的衍射明显的衍射现象需要满现象需要满足一定的条件，当不

4、满足时，衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象，足一定的条件，当不满足时，衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象，不易被我们观察到。不易被我们观察到。能试着解读能试着解读“闻其声不见其人闻其声不见其人”中所包含的物理知识吗？中所包含的物理知识吗？人耳所听声音频率范围：人耳所听声音频率范围：20Hz-20000Hz20Hz-20000Hz人耳所听声音波长范围：人耳所听声音波长范围：17m-17mm17m-17mm人眼所能看到的可见光波长的范围：人眼所能看到的可见光波长的范围：400nm-700nm400nm-700nm1.1.衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象,一切波都会产生衍射现象一

5、切波都会产生衍射现象2.2.衍射现象总是存在的衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异只有明显与不明显的差异3.3.障碍物或孔的尺寸大小障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发生的条件并不是决定衍射能否发生的条件,仅是发生明仅是发生明显衍射的条件显衍射的条件4.4.一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象一般情况下波长较大的波容易产生显著的衍射现象5.5.波传到小孔（或障碍物）时波传到小孔（或障碍物）时,小孔或障碍物仿佛是一个新的波源小孔或障碍物仿佛是一个新的波源,由它由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播,于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现

6、象于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象6.6.当孔的尺寸远小于波长时当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出尽管衍射十分突出,但由于能量的减弱但由于能量的减弱,衍射现象不容易观察到衍射现象不容易观察到课课 堂堂 小小 结结例例1.1.下列现象或事实属于衍射现象的是下列现象或事实属于衍射现象的是()()A.A.风从窗户吹进来风从窗户吹进来B.B.雪堆积在背风的屋后雪堆积在背风的屋后C.C.水波前进方向上遇到凸出水面的小石子水波前进方向上遇到凸出水面的小石子,小石子对波的传播没有影响小石子对波的传播没有影响.D.D.晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影C例例2.2.下列关于波的衍射的说法

7、正确的是下列关于波的衍射的说法正确的是()()A.A.衍射是一切机械波特有的现象衍射是一切机械波特有的现象B.B.对同一列波对同一列波,缝或孔缝或孔(障碍物障碍物)越小越小,衍射现象相对越明显衍射现象相对越明显C.C.只有横波才能发生衍射现象只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象纵波不能发生衍射现象D.D.声波容易发生衍射是由于声波波长较大声波容易发生衍射是由于声波波长较大BD例例3.3.在水波槽的衍射实验中在水波槽的衍射实验中,若打击水面的振子的频率是若打击水面的振子的频率是5HZ,5HZ,水波在槽中的水波在槽中的传播速度为传播速度为0.05m/s,0.05m/s,为观察到显著的衍射

8、现象为观察到显著的衍射现象,小孔直径小孔直径d d应为应为()()A.10cm B.5cm C.d1cm D.d1cm D.d1cm D例例4 4：如图是观察水面波衍射的实验装置，：如图是观察水面波衍射的实验装置，ACAC和和BDBD是两块挡板，是两块挡板，ABAB是一个是一个孔，孔，O O为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹为波源，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，下述（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，下述描述正确的是描述正确的是 （）A A此时能明显观察到波的衍射现象

9、此时能明显观察到波的衍射现象B B挡板前波纹间距离相等挡板前波纹间距离相等C C如果将孔如果将孔ABAB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D D如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象 ABC.=0.01vvTmf1 1、波的叠加现象：池塘中两水波相遇时，会发生叠加、波的叠加现象：池塘中两水波相遇时，会发生叠加二、波的干涉二、波的干涉（一）波的叠加（一）波的叠加波传播独立性的过程说明波传播独立性的过程说明 两列波相遇时，位移发生合成变化；相遇后，波的形状和传播的两列波相遇时，位移发生合成

10、变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。有互相影响。1 1）相遇前）相遇前2 2）相遇时刻）相遇时刻3 3）相遇过程）相遇过程4 4）相遇后）相遇后2 2、波叠加规的律明、波叠加规的律明 点击下图观看实验点击下图观看实验绳波绳波 水波水波 声波声波线线 面面 空间空间1 1）波的独立性原理：）波的独立性原理：频率频率红绿光束空间交叉相遇红绿光束空间交叉相遇 (红是红、绿是绿，红是红、绿是绿，)听乐队演奏听乐队演奏 (仍可辨出不同乐器的音色、旋律仍可辨出不同乐器的音色、旋律)

11、空中无线电波很多空中无线电波很多 (仍能分别接收各个电台仍能分别接收各个电台)例如：例如：在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振动，质点振动的位移等于这几列波动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时单独传播时引起的位移的矢量和。引起的位移的矢量和。2 2）波的叠加原理）波的叠加原理【生活中波的独立传播和叠加生活中波的独立传播和叠加】开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。但还是能区分出每一个人的说话声音。一、波的衍射一、波的衍射1

12、1、定义：、定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射1 1）一切波都能发生衍射）一切波都能发生衍射2 2）衍射是波特有的现象）衍射是波特有的现象说明：说明：2 2、发生明显衍射现象的条件、发生明显衍射现象的条件 观察现象：观察现象：1 1）窄缝宽度跟波长相差不多时，有）窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象明显的衍射现象2 2）窄缝宽度比波长大得越多，衍射）窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显现象越不明显3 3）窄缝宽度跟波长相比非常大时，）窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象水波将直线传播，观察不到衍射现象只有

13、缝、孔的宽度或障碍物的只有缝、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，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才能观察到明显的衍射现象注意：注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不

14、易被我们观察到易被我们观察到 衍射中并不是孔或障碍物的尺寸越小越好。衍射中并不是孔或障碍物的尺寸越小越好。当孔或障碍物的尺寸过小时，当孔或障碍物的尺寸过小时，由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。由于衍射到后方的能量较弱，故衍射现象仍不明显。干涉图样：由波的干涉所形成的图样干涉图样：由波的干涉所形成的图样(二二)波的干涉波的干涉1 1、实验现象：频率相同的两列波叠加、实验现象：频率相同的两列波叠加2 2.干涉干涉定义：定义：水波干涉图样水波干涉图样水波干涉俯视图样水波干涉俯视图样频率相同的两列波叠加，使频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱某些

15、区域的振动减弱，而且振动加强和减弱的区域而且振动加强和减弱的区域互相间隔互相间隔,这种现象叫做波的干涉这种现象叫做波的干涉.所形成的图所形成的图样叫做干涉图样。样叫做干涉图样。把相应的振动最激烈的质点连起来把相应的振动最激烈的质点连起来:振动加强区振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来相应的振动最不激烈或静止的质点连起来:振动减弱区。振动减弱区。特征：特征：振动加强的区域总是加强，振动减弱的区域总是减弱。且振动加强的区域总是加强，振动减弱的区域总是减弱。且间隔着出现的。间隔着出现的。4 4、干涉图样的分析、干涉图样的分析 1 1）振动加强区、减弱区的确定）振动加强区、减弱区的确定振动

16、始终加强的区域的形成振动始终加强的区域的形成 如果在某一时刻，两列波的波如果在某一时刻，两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇，就变成波谷和波谷相遇，两列波两列波在该点在该点引起的是同相振动，引起的是同相振动，振动振动最强，振幅最强，振幅等于这两列波的振幅等于这两列波的振幅之和之和。2)2)干涉现象的形成说明干涉现象的形成说明振动始终削弱的区域的形成振动始终削弱的区域的形成 如果在某一时刻，一列波的波峰和另一列波谷相遇，经过半个周期，如果在某一时刻，一列波的波峰和另一列波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，就变成波谷和波峰相遇，两列波两列

17、波在该点在该点引起的始终是反相振动引起的始终是反相振动。振动最。振动最弱弱，振幅振幅等于这两列波的振幅之等于这两列波的振幅之差差，12A+AA 12A-AA 把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的是相互隔开的 注意：注意：（1）振动加强的区域振动始终加）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减强，振动减弱的区域振动始终减弱弱（2）振动加强（减弱）的区域是）振动加强（减弱）的区

18、域是指质点的振幅大（小），而不是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的移是在时刻变化的1 1）若）若P P点为振动加强点：点为振动加强点：假设在两列波的叠加区域有一个假设在两列波的叠加区域有一个P P点，它到两列波源的距离分别为点，它到两列波源的距离分别为S S1 1、S S2 2，两列波的波长为，两列波的波长为，则有，则有12=ssn（n=0,1,2,n=0,1,2,）则有则有P P点到两列波的波源的距离差等于点到两列波的波源的距离差等于波长的整数倍波长的整数倍或或半个波长的偶数倍半个波长的偶数倍。2 2）若）若P P点为振动减弱

19、点：点为振动减弱点：则有则有P P点到两列波的波源的距离差等于点到两列波的波源的距离差等于半个波长的奇数倍。半个波长的奇数倍。12212ssn（n=0,1,2,）5 5、振动加强点和削弱点位置的确定（两个完全相同的相干波源）、振动加强点和削弱点位置的确定（两个完全相同的相干波源）一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。一切波都能发生干涉和衍射现象。干涉和衍射是波特有的现象。生活实例：声波的干涉生活实例：声波的干涉操场上装有很多个操场上装有很多个相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，相同的扬声器，当它们同时发声时，若绕操场一周，将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。

20、将会听到某些地方声音加强，某些地方声音减弱。【生活中波的干涉实例生活中波的干涉实例】相邻明（暗）纹间的距离大小的相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：影响因素：双缝之间的距离双缝之间的距离d:d:双缝与屏间的距离双缝与屏间的距离 l:S1S2P1Pldlx 波长越大，相邻的亮纹间距越大波长越大，相邻的亮纹间距越大波长波长:d d越小，相邻的亮纹间距越大越小，相邻的亮纹间距越大L L越大，相邻的亮纹间距越大越大，相邻的亮纹间距越大相邻亮纹间距计算公式：相邻亮纹间距计算公式：215XXx d=xL例、在同一均匀介质中有例、在同一均匀介质中有S S1 1、S2S2两个波源，这两个波源的频率相同。两个

21、波源，这两个波源的频率相同。S S1 1、S S2 2相距两个波长，相距两个波长，B B点为点为S S1 1、S S2 2直线的中点，今以直线的中点，今以B B为圆心以为圆心以R R为半径画为半径画圆，问在该圆周上（圆，问在该圆周上（S S1 1、S S2 2两点除外）共两点除外）共 有几个振动加强点。有几个振动加强点。答案答案 6个个S2S1BS2S1BA解：设解：设A点为振动加强点为振动加强 点，则有点，则有|S1AS2A|n由图中可知：由图中可知：n0或或n1随堂练习1、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（、下列两列波相遇时叠加的说法正确的是（）A A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅

22、大的一列波将加强。、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强。B.B.相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同。C.C.在相遇区域，任一点的总位移等于在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起是位移的矢量和。两列波分别引起是位移的矢量和。D.D.几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，这说明声波在相遇时互不几个人在同一房间说话，相互间听得很清楚，这说明声波在相遇时互不干扰。干扰。B C D 2、关于波的干涉，下列说法正确的是、关于波的干涉，下列说法正确的是 （）A、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉。、只有横波才能产生干涉，纵波不能产生

23、干涉。B、只要是波就能产生稳定的干涉。、只要是波就能产生稳定的干涉。C.不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同就不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同就能产生稳定干涉。能产生稳定干涉。D.波的干涉是波叠加的特例波的干涉是波叠加的特例C D3、当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法点相遇，下列说法正确的有：正确的有：()A .质点质点P的振动始终是加强的的振动始终是加强的 B.质点质点P的振幅最大的振幅最大 C、质点质点P的位移始终最大的位移始终最大 D .质点质点P的位移有时候为零。的位移有

24、时候为零。A B D4、如图所示两个频率与相位、如图所示两个频率与相位、振幅均相同振幅均相同的波的干涉图样中，实线表的波的干涉图样中，实线表示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是示波峰，虚线表示波谷，对叠加的结果正确的描述是 ()A、在、在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰BB点在干涉过程中振幅始终为零点在干涉过程中振幅始终为零C、两波在、两波在B点路程差是波长的整数倍点路程差是波长的整数倍D、当、当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰BS1S2ABDC 5 5、如图所示，、如图所示，S S1 1、S S

25、2 2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a a、b b、c c、d d四点，下列说法中正确的有四点，下列说法中正确的有 （）A A.该时刻该时刻a a质点振动最弱，质点振动最弱，b b、c c质点振动质点振动最强，最强，d d质点振动既不是最强也不是最弱质点振动既不是最强也不是最弱 B B、该时刻、该时刻a a质点振动最弱，质点振动最弱，b b、c c、d d质点质点振动都最强振动都最强C C、a a质点的振动

26、始终是最弱的，质点的振动始终是最弱的，b b、c c、d d质点的振动始终是最强的质点的振动始终是最强的D D.再过再过T/4T/4后的时刻后的时刻a a、b b、c c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱最弱 B B C C 6 6、水面上有、水面上有A A、B B两个振动情况完全相同的振动源，在两个振动情况完全相同的振动源，在A A、B B连线的中连线的中垂线上有三个点垂线上有三个点a a、b b、c c，已知某时，已知某时a a点是两列波波峰和波峰相遇点，点是两列波波峰和波峰相遇点，c c点是与点是与a a点最近的波谷和波谷相遇点，点最近的

27、波谷和波谷相遇点，b b处在处在a a、c c之间，如下图，以之间，如下图，以下说法正确的是：下说法正确的是：（）A A：a a振动加强，振动加强，c c点振动减弱点振动减弱B B：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动减弱点振动减弱C:aC:a、b b、c c点振动都加强点振动都加强D D：a a、c c点振动加强，点振动加强，b b点振动不确定点振动不确定ABabcC C7 7如图所示，两列简谐波均沿如图所示，两列简谐波均沿x x轴传播，传播速度的大小相轴传播，传播速度的大小相 等，其中一列等，其中一列沿沿x x方向传播方向传播(图中实线所示图中实线所示)，一列沿负，一列沿负x

28、 x方向传播方向传播(图中虚线所示图中虚线所示)，这两列，这两列波的频率相同，振动方向均沿波的频率相同，振动方向均沿y y轴，则图中轴，则图中x=1x=1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8各各点中振幅最大的是点中振幅最大的是x=x=的点，振幅最小的是的点，振幅最小的是x=x=的点。的点。4、82、6 8 8如图所示，在如图所示，在x x轴上的轴上的P P、Q Q两点位置上有两个频率相同、振动方向也两点位置上有两个频率相同、振动方向也相同的相干波源，它们激起的机械波长是相同的相干波源，它们激起的机械波长是2m2m，P P、Q Q两点的横坐标分别是两点的横坐标分别是x xp p=1m=1m，x xQ Q=6m=6m，那么在，那么在y y轴上从轴上从-+的位置上会出现振动减弱的区的位置上会出现振动减弱的区域有多少个域有多少个?1221(21)6152nnmssPQmmm2n 有对称性得，有5个点振动减弱12121200.5,11.5,22.5,nssnssnss时,有两个点时,有两个点时,只有一个点