12.4波的衍射和干涉

在波的前進方向上放一個有孔的屏，可以看到波可以繞到屏的后面繼續(xù)傳播。五、波的衍射1、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。波的衍射(diffraction)

在波的前進方向上放一個有孔的屏，可以看到波可以繞到屏的后面繼續(xù)傳播。二、波發(fā)生明顯衍射的條件波長相同時，縫越小衍射現(xiàn)象越明顯。縫相同時，波長越長的波衍射現(xiàn)象越明顯。1、水波通過縫時的衍射條件：縫的尺寸與波長相差不多或者比波長更小。實驗結(jié)論1、窄縫或障礙物的寬度與波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。2、窄縫或障礙物的寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；3、窄縫或障礙物的寬度與波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象。1、只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2、衍射的實質(zhì)：振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件思考：衍射中真的是孔或障礙物的尺寸越小越好嗎？當孔或障礙物的尺寸過小時，由于衍射到后方的能量較弱，故衍射現(xiàn)象仍不明顯。2、具體實例：1）聲波的衍射——隔墻有耳2）電磁波的衍射——收看電視波的衍射實例1、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射。但要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件，當不滿足時，衍射現(xiàn)象雖然存在，但由于是不明顯的衍射現(xiàn)象，不易被我們觀察到。1、能試著解讀“聞其聲不見其人”中所包含的物理知識嗎？2、在有些偏遠的山區(qū)，收音機能收到清晰的聲音信號，而電視機信號卻不清晰，你能根據(jù)所學(xué)的物理知識給出一個合理的解釋嗎？思考與討論人耳所聽聲音頻率范圍：20Hz-20000Hz人耳所聽聲音波長范圍：17m-17mm人眼所能看到的可見光波長的范圍：

400nm-700nm3、醫(yī)院中有一種“B超”儀器，常用來探測人體內(nèi)臟的位置及發(fā)現(xiàn)可能的病變，這種儀器為什么要使用超聲波而不用普通的聲波？思考與討論1）超聲波的頻率范圍為大于20000Hz，其相應(yīng)波長小于17mm；2）超聲波頻率高，故超聲波能量大，才容易穿透皮膚和組織；

3）超聲波波長短，不易衍射，在一定距離內(nèi)沿直線傳播，方向性好，故所拍圖像清晰。池塘中兩水波相遇時，會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？生活現(xiàn)象結(jié)論：兩列波相遇時，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，都保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此之間沒有互相影響。1、相遇前2、相遇時刻3、相遇過程4、相遇后實驗研究幾列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點（或某一區(qū)域）相遇后，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不干擾，好象沒有遇到另一列波一樣。波的獨立傳播原理

在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波所產(chǎn)生的振動，每一質(zhì)點仍然是在各自的平衡位置附近做振動，質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。波相遇時位移的特點生活中波的獨立傳播和疊加開會時，大家討論的面紅耳赤，會議室內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個人的說話聲音。1、定義：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。2、干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣波的干涉(interference)特征——振動加強的區(qū)域總是加強，振動減弱的區(qū)域總是減弱。

把相應(yīng)的振動最激烈的質(zhì)點連起來，就是振動加強區(qū)；相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點連起來，就是振動減弱區(qū)，且振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)是相互間隔著出現(xiàn)的。波的干涉(interference)為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終加強的區(qū)域呢？如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質(zhì)點的位移都是最大，等于這兩列波的振幅之和，因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈。思考與討論為什么兩列波相遇時能出現(xiàn)振動始終減弱的區(qū)域呢？如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點思考與討論兩列波引起的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣，而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則需要滿足一定的條件，產(chǎn)生穩(wěn)定明顯的干涉圖樣的條件是兩列波的頻率相同，相位差恒定，且振幅相差不多。

注意：波的干涉是波的疊加的特殊情形，一切波都能發(fā)生干涉，干涉和衍射都是波的特有現(xiàn)象。試從水波的干涉圖樣中分析出各加強區(qū)處的任一質(zhì)點到兩波源之間的距離存在什么規(guī)律？減弱區(qū)呢？思考與討論1、若P點為振動加強點：假設(shè)在兩列波的疊加區(qū)域有一個P點，它到兩列波源的距離分別為S1、S2，兩列波的波長為λ，則有（n=0,1,2,……）則有P點到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍或半個波長的偶數(shù)倍。2、若P點為振動減弱點：則有P點到兩列波的波源的距離差等于半個波長的奇數(shù)倍。（n=0,1,2,……）波的干涉生活實例：聲波的干涉——操場上裝有很多個相同的揚聲器，當它們同時發(fā)聲時，若繞操場一周，將會聽到某些地方聲音加強，某些地方聲音減弱。生活中波的干涉實例ABD1、下列關(guān)于波的衍射說法正確的是（）A、衍射是一切波特有的現(xiàn)象B、對同一列波，縫、孔或障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯C、只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D、聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，由于聲波波長較大課堂練習(xí)2、水波通過小孔，發(fā)生一定程度的衍射，為使衍射現(xiàn)象更不明顯，可以（）A、增大小孔尺寸，同時增大水波的頻率B、增大小孔尺寸，同時減小水波的頻率C、縮小小孔尺寸，同時增大水波的頻率D、縮小小孔尺寸，同時減小水波的頻率A課堂練習(xí)3、下列關(guān)于波的衍射圖象正確的是（）BC注意:有孔衍射的子波源在小孔處課堂練習(xí)4、如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動，兩板中間有一塊縫，此時測得A點沒有發(fā)生振動，為了使A點能振動起來，可采取的方法是（）A、增大波源的頻率B、減小波源的頻率C、將N板上移一些D、將N板下移一些BC課堂練習(xí)5、下列關(guān)于兩列波相遇時疊加的說法中正確的是（）A、相遇后，振幅小的一列波將減弱，振幅大的一列波將加強B、相遇后，兩列波的振動情況與相遇前完全相同C、在相遇區(qū)域，任一點的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和D、幾個人在同一房間說話，相互聽得清楚，這說明聲波在相遇時互不干擾BCD課堂練習(xí)6、兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，則（）A、振動加強的質(zhì)點，始終處于最大位移處B、振動加強的質(zhì)點的位移，有時會小于振動削弱的質(zhì)點的位移C、波峰與波峰相遇處的質(zhì)點，其振動始終加強D、波峰與波谷相遇處的質(zhì)點，其振動始終削弱BCD課堂練習(xí)7、如圖所示，A、B為兩個完全相同的相干波源，它們產(chǎn)生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點相遇時，則（）A、P點振動始終加強B、P點振動有時加強，有時減弱C、P點位移始終等于振幅D、P點位移有時為零AD課堂練習(xí)8、頻率相同的兩列波發(fā)生干涉現(xiàn)象時，有（）A、某一點如果是兩列波的波峰與波峰相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇B、某一點如果是兩列波的波谷與波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波谷相遇C、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是兩列波的波谷相遇D、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波峰相遇D課堂練習(xí)

9、如圖所示，S1、S2是兩個相干波源，它們振動同步且振幅相同。實線和虛線分別表示在某一時刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標的a、b、c、d四點，下列說法中正確的有（）A、該時刻a質(zhì)點振動最弱，

b、c質(zhì)點振動最強，d質(zhì)點振動既不是最強也不是最弱B、該時刻a質(zhì)點振動最弱，

b、c、d質(zhì)點振動都最強C、a質(zhì)點的振動始終是最弱的，

b、c、d質(zhì)點的振動始終是最強的D、再過T/4后的時刻a、b、c三個質(zhì)點都將處于各自的平衡位置，因此振動最弱BC課堂練習(xí)10、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm，且圖示的范圍