第三章

機(jī)械波第3節(jié)波的干涉和衍射

在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復(fù)雜而美麗的圖案。這種圖案是怎樣產(chǎn)生的？波的疊加現(xiàn)象一：波的疊加原理相遇前相遇時刻相遇過程相遇后兩列波相遇兩列波相遇后，彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，也就是說，相遇后，它們都保持各自的運(yùn)動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響。1.波的獨(dú)立傳播原理（1）波傳播的獨(dú)立性:幾列波相遇之后，仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進(jìn)，好象沒有遇到過其他波一樣互不干擾。紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…)聽樂隊(duì)演奏(仍可辨出不同樂器的音色、旋律)空中無線電波很多(仍能分別接收各個電臺)

會議室內(nèi)聲音特響（仍能區(qū)分出每一個人的說話聲音）（2）生活實(shí)例2.波的疊加原理

在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時參與這幾列波所引起的振動，質(zhì)點(diǎn)振動的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時引起的位移的矢量和。本質(zhì)：位移的合成加強(qiáng)減弱

如果介質(zhì)中某些質(zhì)點(diǎn)處于兩列波波峰與波峰、波谷與波谷相遇處，則振動加強(qiáng)，合振幅將增大。

如果介質(zhì)中某些質(zhì)點(diǎn)處于兩列波波峰與波谷相遇處，則振動減弱，合振幅減小，此時如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅就等于零。思考：下列兩列波疊加后是怎樣的？二：波的干涉：兩列周期相同的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象？現(xiàn)象：兩列頻率相同的水波相遇后，在它們重疊的區(qū)域里出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。1.定義：頻率相同，振動方向相同，相位差恒定的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動始終加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域互相間隔這種現(xiàn)象叫做波的干涉。2.干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣3.形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件（1）兩波源的頻率相同。（2）振動方向相同。（3）相位差恒定。4.干涉現(xiàn)象的解釋（1）兩列同頻率的波在某點(diǎn)引起的振動步調(diào)相同，質(zhì)點(diǎn)的振動始終最強(qiáng)步調(diào)相反，質(zhì)點(diǎn)的振動始終最弱振動加強(qiáng)振動加強(qiáng)振動加強(qiáng)振動加強(qiáng)振動減弱振動減弱振動減弱（2）振動加強(qiáng)（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅大（小），而不是指振動的位移大（小），因?yàn)槲灰剖窃跁r刻變化的。5.干涉圖樣的特點(diǎn)：（2）振動加強(qiáng)點(diǎn)和振動減弱點(diǎn)是間隔出現(xiàn)。（3）振動加強(qiáng)點(diǎn)是指振幅較大的點(diǎn)，不是位移始終最大。（4）干涉圖樣中，不只有振動加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)和振動減弱的質(zhì)點(diǎn)。（1）振動加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng)，振動減弱點(diǎn)始終減弱。把振動最強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動加強(qiáng)區(qū)；振動最弱的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動減弱區(qū)。強(qiáng)區(qū)和弱區(qū)是相互隔開，強(qiáng)弱相間的6.加強(qiáng)點(diǎn)，減弱點(diǎn)位置判斷（兩波源的相位相同）

振動加強(qiáng)點(diǎn)的位置

振動減弱點(diǎn)的位置

三：波的衍射1.定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫作波的衍射。2.衍射的實(shí)質(zhì)：振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中。障礙物陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)波源水波的衍射現(xiàn)象

如圖

所示，在水波槽中放入兩塊擋板，擋板間留一狹縫，調(diào)節(jié)擋板位置，可改變狹縫寬度。現(xiàn)產(chǎn)生持續(xù)的平面波，且波長保持不變，觀察水波通過不同寬度狹縫后的傳播情況。規(guī)律：波長λ與狹縫寬度相差不多時，衍射現(xiàn)象更明顯；擋板縫寬不變，改變波長波長減小，衍射現(xiàn)象變得不明顯；波長與狹縫寬度相比非常小，水波將沿直線傳播。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。3.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件（1）衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射。（2）波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異。（3）障礙物的尺寸的大小不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯的衍射的條件，波長越大越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。（4）波的直線傳播是在衍射不明顯時的近似情況。*注意：思考：衍射中真的是孔或障礙物的尺寸越小越好嗎？解析：孔太小時，看不到明顯衍射現(xiàn)象，是因?yàn)榭缀蟮牟ǖ哪芰枯^小，孔后整個區(qū)域都有波，只是不明顯，這個時候的孔相當(dāng)與一個新波源，但是振動能量較小。波長逐漸增大的衍射現(xiàn)象解析：障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。障礙物太小時，將對波的傳播幾乎不產(chǎn)生影響，波傳播過程就像沒有遇到障礙物一樣。（1）聲波的衍射——隔墻有耳（2）電磁波的衍射——收看電視4.波的衍射實(shí)例發(fā)生明顯衍射的條件：縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小波的衍射波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播波的干涉產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件干涉圖樣及其特點(diǎn)波的疊加波的獨(dú)立傳播特性波的疊加原理波的干涉和衍射1.兩列波疊加時，關(guān)于介質(zhì)中的任一質(zhì)點(diǎn)的振動，下列說法正確的是(

)A.它的周期一定是兩分振動周期之和B.它的頻率一定是兩分振動頻率之和C.它的振幅一定是兩分振動振幅之和D.它的位移一定是兩分振動位移之和D2.兩列波相疊加產(chǎn)生了穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，以下關(guān)于干涉的說法錯誤的是(

)A.

兩列波的頻率一定相等B.

振動加強(qiáng)區(qū)與振動減弱區(qū)總是相互間隔的C.

振動加強(qiáng)區(qū)與振動減弱區(qū)交替變化D.

振動加強(qiáng)區(qū)在空間的位置一直不變C3.(多選)下圖表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇。圖中實(shí)線表示某時刻的波峰,虛線表示的是波谷,下列說法正確的是()A.

a、c兩點(diǎn)的振動加強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的振動減弱B.

e、f兩點(diǎn)的振動介于加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)之間C.

經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r間后，加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位置互換D.

經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點(diǎn)將位于波谷，原來位于波谷的點(diǎn)將位于波峰AD4.(多選)下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是()A.隔墻有耳B.空山不見人,但聞人語響C.余音繞梁,三日而不絕D.夏日雷聲轟鳴不絕AB5.圖中S為在水面上振動的波源，M、N為在水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，