4波的衍射和干涉課堂合作探究問(wèn)題導(dǎo)學(xué)一、波的衍射活動(dòng)與探究11．波遇到障礙物時(shí)，一定發(fā)生衍射現(xiàn)象嗎？一定發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象嗎？2．在觀察水波衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)頻率增大，觀察到的衍射現(xiàn)象有什么變化？遷移與應(yīng)用1下列說(shuō)法中正確的是（）A．孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．孔的尺寸比波長(zhǎng)小才發(fā)生衍射現(xiàn)象C．只有孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象1．障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射是否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件，一般情況下，波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。2．波傳到小孔（或障礙物）時(shí)，小孔（或障礙物）仿佛是一個(gè)新的波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波在孔（或障礙物）后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線(xiàn)傳播的衍射現(xiàn)象。3．當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。二、波的疊加活動(dòng)與探究2兩列波相遇時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？通過(guò)相遇區(qū)域后如何傳播？遷移與應(yīng)用2兩列簡(jiǎn)諧波沿x軸相向而行，波速均為v＝0.4m/s，兩波源分別位于A、B處，t＝0時(shí)的波形如圖所示。當(dāng)t＝2.5s時(shí)，M點(diǎn)的位移為_(kāi)_______cm，N點(diǎn)的位移為_(kāi)_______cm。M、N兩點(diǎn)同時(shí)參與兩列波的振動(dòng)，所以位移是兩列波分別使之振動(dòng)的位移的矢量和。三、波的干涉活動(dòng)與探究31．為什么說(shuō)兩列波頻率相同是波產(chǎn)生干涉的必要條件之一？2．產(chǎn)生干涉時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的條件是什么？3．怎樣理解振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)？遷移與應(yīng)用3如圖所示為兩個(gè)相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線(xiàn)表示某時(shí)刻的波峰，虛線(xiàn)表示的是波谷，下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)、c兩點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動(dòng)減弱B．e、f兩點(diǎn)的振動(dòng)介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C．經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D．經(jīng)半個(gè)周期后，原來(lái)位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來(lái)位于波谷的點(diǎn)將位于波峰1．穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類(lèi)的波，并且波的頻率相同、振動(dòng)方向在同一直線(xiàn)上、相位差恒定。如果兩列波的頻率不相等，在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)就不相等，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)。因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象。2．波的干涉中加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的判斷方法（1）圖象法：在某時(shí)刻的波形圖上，波峰與波峰（或波谷與波谷）的交點(diǎn)，一定是加強(qiáng)點(diǎn)，波峰與波谷的交點(diǎn)一定是減弱點(diǎn)，各加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)，各自連接而成以?xún)刹ㄔ催B線(xiàn)為中心向外輻射的連線(xiàn)，形成加強(qiáng)線(xiàn)或減弱線(xiàn)，兩種線(xiàn)互相間隔，形成干涉圖樣，加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的振幅之間。（2）公式法：當(dāng)兩個(gè)相干波源的振動(dòng)步調(diào)一致時(shí)，到兩個(gè)波源的距離之差Δs＝nλ處是加強(qiáng)區(qū)，Δs＝（2n＋1）eq\f(λ,2)處是減弱區(qū)。當(dāng)堂檢測(cè)1．利用發(fā)波水槽得到的水面波形如圖a、b所示，則（）A．圖a、b均顯示了波的干涉現(xiàn)象B．圖a、b均顯示了波的衍射現(xiàn)象C．圖a顯示了波的干涉現(xiàn)象，圖b顯示了波的衍射現(xiàn)象D．圖a顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b顯示了波的干涉現(xiàn)象2．如圖所示是觀察水面波衍射的實(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(huà)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(xiàn)）之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是（）A．此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象3．下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)疊加的說(shuō)法，不正確的是（）A．相遇后振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強(qiáng)B．相遇后兩列波各自的波形和傳播方向與相遇前完全相同C．在相遇區(qū)域，任一點(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起位移的矢量和D．幾個(gè)人在同一房間說(shuō)話(huà)，相互都聽(tīng)得清楚，說(shuō)明波在傳播過(guò)程中，互不干擾4．在空氣中的同一區(qū)域內(nèi)，兩列聲波波源的振動(dòng)情況如圖所示，可以肯定的是（）A．a(chǎn)波源的頻率為b波源頻率的2倍B．a(chǎn)波的波長(zhǎng)為b波波長(zhǎng)的2倍C．a(chǎn)、b兩列波疊加能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉D．通過(guò)同一狹縫，a波的衍射效果比b波明顯5．當(dāng)兩列振動(dòng)情況完全相同的水波發(fā)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇，下列說(shuō)法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B．質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C．質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D．質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零答案：課堂·合作探究【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：1．答案：一定發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。但是發(fā)生明顯衍射是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2．答案：λ＝v/f，f增大，λ減小，則衍射現(xiàn)象變得不明顯。遷移與應(yīng)用1：CD解析：波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象稱(chēng)為波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射的條件是孔或障礙物尺寸跟波長(zhǎng)差不多或者比波長(zhǎng)更小?？讖酱蟛⒉皇遣话l(fā)生衍射，只是更突出原波的傳播，波面只有邊緣有變化。換句話(huà)說(shuō)，波的衍射現(xiàn)象不明顯，所以A、B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確。衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，所以D項(xiàng)正確?；顒?dòng)與探究2：答案：1．波的獨(dú)立傳播：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播。2．波的疊加：在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。兩列同相波的疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大（如圖甲所示）。兩列反相波的疊加，振動(dòng)減弱，振幅減?。ㄈ鐖D乙所示）。遷移與應(yīng)用2：答案：20解析：本題考查波的形成與傳播、波的疊加。由圖可看出波源A的波長(zhǎng)為λA＝0.2m，波源B的波長(zhǎng)為λB＝0.4m，在2.5s時(shí)間內(nèi)兩列波分別向左和向右傳播的距離均為Δx＝vΔt＝1m。如圖所示，將兩列波向左和向右分別平移Δx＝1m的距離，得到t＝2.5s時(shí)刻的兩列波形圖，顯然此時(shí)波A使M質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng)，而波B使M質(zhì)點(diǎn)處于波谷位置，故M質(zhì)點(diǎn)的位移疊加后為2cm。波A使N質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng)，而波B使N質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置向上振動(dòng)，故N質(zhì)點(diǎn)的位移疊加后為0cm?；顒?dòng)與探究3：1．答案：兩列波要產(chǎn)生干涉，頻率相同是首要條件。假設(shè)頻率不同，在同一種介質(zhì)中傳播的波其波長(zhǎng)就不相等。這樣一來(lái)，在某時(shí)刻的某點(diǎn)（設(shè)P點(diǎn)）為兩列波的波峰相遇，振動(dòng)加強(qiáng)，但此后兩列波并不總使P點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，還可以是波谷與波峰相遇而使振動(dòng)削弱，這樣不能形成穩(wěn)定的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)。因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動(dòng)疊加現(xiàn)象。2．答案：振動(dòng)加強(qiáng)與減弱決定于該點(diǎn)與兩波源距離差Δs與波長(zhǎng)λ的關(guān)系：當(dāng)Δs＝nλ（n＝0,1,2,3…）時(shí)，如果振源同相，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，如果振源反相，該點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)；當(dāng)Δs＝（2n＋1）eq\f(λ,2)（n＝0,1,2,3…）時(shí)，如果振源同相，該點(diǎn)為振動(dòng)減弱點(diǎn)，如果振源反相，該點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。3．答案：加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的理解：不能認(rèn)為加強(qiáng)點(diǎn)的位移始終最大，減弱點(diǎn)的位移始終最小，而應(yīng)該是振幅增大的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，其實(shí)這點(diǎn)也在做振動(dòng)，位移可為零；振幅減弱的點(diǎn)為減弱點(diǎn)。此時(shí)各點(diǎn)都在振動(dòng)，只是振幅不同。遷移與應(yīng)用3：AD解析：a是波谷和波谷相遇的點(diǎn)，c是波峰和波峰相遇的點(diǎn)，都是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)；而b、d兩點(diǎn)都是波峰和波谷相遇的點(diǎn)，是振動(dòng)減弱的點(diǎn)，A正確。e位于加強(qiáng)點(diǎn)的連線(xiàn)上。仍為加強(qiáng)點(diǎn)；f位于減弱點(diǎn)的連線(xiàn)上，仍為減弱點(diǎn)，B錯(cuò)誤。相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會(huì)隨時(shí)間變化，C錯(cuò)誤。因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不停地做周期性振動(dòng)，經(jīng)半個(gè)周期步調(diào)相反，D正確。【當(dāng)堂檢測(cè)】1．D解析：由波的干涉和衍射概念，圖a是一列波的傳播，顯示了波的衍射現(xiàn)象，圖b是兩列波的傳播，顯示了衍射干涉現(xiàn)象。2．ABC解析：孔的尺寸與波長(zhǎng)差不多，所以能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象，但孔的尺寸變大后，有可能觀察不到明顯衍射現(xiàn)象，A、C正確。波通過(guò)障礙物后頻率和波速都不變，所以波長(zhǎng)不變，B正確。波源頻率增大，波長(zhǎng)變小，衍射不明顯，D錯(cuò)誤。3．A4．BD解析：由波的圖象可以看出，a波的周期是b波的2倍，因?yàn)椴ㄋ傧嗟龋ㄍ唤橘|(zhì)），所以a波的波長(zhǎng)是b波的2倍。由波速公式v＝λ