第三章

機(jī)械波第三節(jié)

機(jī)械波的傳播現(xiàn)象學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.通過現(xiàn)象知道并能解釋波的反射和折射現(xiàn)象。2.了解波的干涉和衍射現(xiàn)象，并能分析、歸納干涉和衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。3.能應(yīng)用波的疊加原理解釋波的干涉現(xiàn)象。課堂引入當(dāng)聲音投射到距離聲源有一段距離的大面積物體上時(shí)，聲波（能量）一部分被吸收，另一部分被反射回來，人耳聽見反射回來的聲波，就叫回聲。當(dāng)水波通過一道狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射，形成交替明暗的條紋。思考：這種現(xiàn)象是怎樣發(fā)生的呢？一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射問題：1、什么是波的衍射現(xiàn)象？2、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？3、如何解釋衍射現(xiàn)象？一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射1.什么是波的衍射現(xiàn)象？波的衍射是指在媒質(zhì)中由于有障礙物或其他的不連續(xù)性而引起波改變傳播方向的現(xiàn)象。一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射觀察與思考：

波長(zhǎng)一定時(shí)，狹縫的寬度不同對(duì)波的衍射有什么影響？一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射觀察與思考：

波長(zhǎng)一定時(shí)，狹縫的寬度不同對(duì)波的衍射有什么影響？一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射實(shí)驗(yàn)表明：

波長(zhǎng)不變時(shí)，波長(zhǎng)和狹縫寬度接近時(shí)，衍射現(xiàn)象比較明顯?？p寬不變時(shí)，波長(zhǎng)減小，衍射現(xiàn)象變得不明顯；波長(zhǎng)與狹縫寬度相比非常小，水波將沿直線傳播；波長(zhǎng)與狹縫寬度相差不多時(shí)，衍射現(xiàn)象比較明顯。歸納：發(fā)生明顯衍射的條件是什么？一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象；障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)相差不多。討論交流：

在現(xiàn)實(shí)生活中，我們是否遇到過波的衍射現(xiàn)象？

我們?cè)诜块g里的窗戶后面能聽到外面的喧鬧聲，也可以接收到收音機(jī)和電視的信號(hào)，怎么解釋？一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射一、機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物或小孔——波的衍射問題：如何解釋衍射現(xiàn)象？荷蘭物理學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯在1690年提出：

介質(zhì)中波動(dòng)傳到的各點(diǎn)都可以看做是發(fā)射子波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)就形成新的波面。適用于任何波動(dòng)過程。二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射問題1：當(dāng)水波遇到擋板時(shí)會(huì)發(fā)生反射，是否遵循反射定律？問題2：當(dāng)聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射，是否遵循反射定律？二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射波在三維空間傳播的描述(1)波面：波面是從波源發(fā)出的波，經(jīng)過相同的傳播時(shí)間而到達(dá)的各點(diǎn)所組成的面。同一波面上各點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)都相同。最前面的波面叫波前。(2)波線：波線是從波源沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線，與波面垂直，代表了波的傳播方向。(3)在三維空間傳播的波，波面為球面的波叫做球面波；波面為平面的波叫做平面波。二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射波在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的1、波的反射定義：波在傳播過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的反射。2、波的反射定律（1）反射線、入射線和法線在同一平面內(nèi)，反射線和入射線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角；（2）反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同；（3）波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射。二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射波在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的1、波的反射：波在傳播過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的反射。二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射3、波的折射：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做波的折射。一切波都會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象。界面介質(zhì)I介質(zhì)II法線

二、機(jī)械波在傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的界面——波的反射和折射一列水波在深度不同的水域傳播時(shí)，在交界面處將發(fā)射折射。如果用一條射線代表水波的入射方向，用另一條射線代表水波的折射方向，可以清晰地看出水波的折射現(xiàn)象。三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉問題：1、什么是波的干涉現(xiàn)象？2、如何解釋干涉現(xiàn)象？3、兩列波滿足什么條件才會(huì)發(fā)生干涉？三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉觀察與思考：

在一個(gè)湖中，用橡膠球分別在兩處敲打水，激起不同的水波，觀察兩列水波相遇時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。它們相遇后的傳播狀態(tài)怎樣？形狀是否改變？三、機(jī)械波在傳播過程中遇到波——波的干涉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

由橡膠球激起的兩列水波相遇后相互穿過，穿過后仍然保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此之間好像未曾相遇。三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論：兩列波相遇時(shí)，位移發(fā)生合成變化；相遇后，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此之間沒有相互影響。相遇前相遇時(shí)刻相遇過程相遇后獨(dú)立傳播三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉1、波的獨(dú)立性原理

?

指在同一介質(zhì)中傳播的幾列波，在相遇時(shí)各自保持原有的特性（如頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向和傳播方向）獨(dú)立傳播，互不干擾，就好像沒有遇到其他波一樣。?三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉2、波的疊加原理

指在介質(zhì)中，當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播并相遇時(shí)，相遇處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是各列波引起的分振動(dòng)的合成，任一時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位移是各列波引起的分位移的矢量和。相遇后的各列波仍保持它們?cè)械奶匦裕l率、波長(zhǎng)、振幅、振動(dòng)方向等），并按照各自原來的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)。?相遇過程，位移是兩列波位移的矢量和三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉問題1：什么是波的干涉現(xiàn)象？3、定義：頻率相同的兩列波在空間某些區(qū)域疊加時(shí)，會(huì)使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象稱為波的干涉。在干涉現(xiàn)象中，振動(dòng)強(qiáng)弱相間的區(qū)域會(huì)形成穩(wěn)定的干涉圖樣，某些區(qū)域總是加強(qiáng)，某些區(qū)域總是減弱。?三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉如果在某一時(shí)刻，兩列波的波峰在某一點(diǎn)相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，在此點(diǎn)必定是波谷和波谷相遇。這兩列波在該點(diǎn)引起的振動(dòng)是同相的。在這一點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最劇烈。問題2：為什么會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象呢？如果某一時(shí)刻，這列波的波峰和另一列波的波谷在某一點(diǎn)相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，這列波的波谷和另一列波的波峰必定也在此點(diǎn)相遇。這兩列波在該點(diǎn)引起的振動(dòng)反相。在這一點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最微弱。三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉討論與交流：兩列振幅、頻率、相位都相同的波相向而行。請(qǐng)畫出它們?cè)赑1、P2、P3各點(diǎn)附近相遇時(shí)的波動(dòng)情況。三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉?頻率相同?：兩列波的頻率必須相同，這是波干涉的基本條件之一。如果頻率不同，波在傳播過程中會(huì)在某些點(diǎn)產(chǎn)生不同的相位差，導(dǎo)致無法形成穩(wěn)定的干涉圖案?。?相位差恒定?：兩列波在相遇點(diǎn)的相位差必須保持不變。相位差是指兩列波在相遇點(diǎn)的相位之差，如果相位差發(fā)生變化，干涉現(xiàn)象也會(huì)隨之變化，無法形成穩(wěn)定的干涉圖樣。?振動(dòng)方向相同?：兩列波的振動(dòng)方向必須相同。如果振動(dòng)方向不同，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)將不在同一平面上，無法形成簡(jiǎn)單的干涉現(xiàn)象?問題3：兩列波滿足什么條件才會(huì)發(fā)生干涉？三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉問題4：從干涉圖樣可以看到振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的。你

能否寫出振動(dòng)加強(qiáng)（減弱

）的質(zhì)點(diǎn)到兩波源的距離之差與波長(zhǎng)的關(guān)系表達(dá)式？三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉3.5λ5λ3λ5λ5、波程?：

指聲波在媒介中傳播一個(gè)完整周期所經(jīng)過的距離。6、波程差：

指兩列波從波源傳播到某一質(zhì)點(diǎn)的路程之差。加強(qiáng)點(diǎn)a：x1-x2=2λ減弱點(diǎn)b：x1-x2=1.5λ三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉問題4：如何判斷振動(dòng)加強(qiáng)還是減弱？從波程差看：當(dāng)Δr＝k·λ(k＝0,1,2…)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)當(dāng)Δr＝(2k＋1)·λ/2時(shí)為減弱點(diǎn)(k＝0,1,2…)?從相位差看：當(dāng)Δφ＝2n·π(n＝0,1,2…)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)當(dāng)Δφ＝(2n＋1)·π時(shí)為減弱點(diǎn)(k＝0,1,2…)?從時(shí)間差看：當(dāng)Δt＝n·T(n＝0,1,2…)時(shí)為加強(qiáng)點(diǎn)當(dāng)Δt＝(2n＋1)·T/2時(shí)為減弱點(diǎn)(k＝0,1,2…)?三、機(jī)械波在傳播過程中遇到其他波——波的干涉問題5：兩個(gè)波源的連線上，如何判斷振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)的個(gè)數(shù)？設(shè)兩波源間距為d，波長(zhǎng)為λ，則連線上振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的個(gè)數(shù)N可以通過以下公式估算：過關(guān)練4【練習(xí)4】(多選)如圖表示兩個(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)線表示某時(shí)刻的波峰，虛線表示的是波谷，下列說法正確的A