1、12.4 波的衍射和干涉,高二物理組,生活現(xiàn)象,海面上有大小不一的礁石，水波在傳遞過程中遇上它們時(shí)會繞過它們繼續(xù)傳播,在水塘里，水波在傳遞過程中遇到蘆葦時(shí)，會繞過它們繼續(xù)傳播.,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。,一、波的衍射(diffraction),思考：在什么條件下才能發(fā)生明顯 的衍射呢？,觀看動畫,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(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。,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。,發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,思考：衍射中真的是孔的尺寸越小越好嗎？,當(dāng)孔尺寸過小時(shí)，由于衍射到后方的能量較弱，故衍射現(xiàn)象不

2、易觀察。,2、具體實(shí)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(shí)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(dāng)不滿足時(shí)，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。,思考： 1.光波為什么沿直線傳播？ 2.波長長的波易衍射還是 短的波易衍射？,池塘中兩水波相遇時(shí)，它們會不會改變各自的運(yùn)動特征呢？,生活現(xiàn)象,二、波的疊加原理,兩列波相遇之后， 仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）繼續(xù)傳播，好象沒有跟另一列波相遇一樣.,波的疊加動畫,生活中波的獨(dú)立傳播,開會時(shí)，大家討論的面紅耳赤，會議室

3、內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個(gè)人的說話聲音。,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(gè)電臺),幾列相遇時(shí)能過保持各自的運(yùn)動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點(diǎn)振動的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。,波相遇時(shí)位移的特點(diǎn),三、波的干涉：,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩列波相遇后，在振動著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)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： 頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)

4、域的振動減弱，而且振動加強(qiáng)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(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng)，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(diǎn)連起來，就是振動加強(qiáng)區(qū)；相應(yīng)的振動最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，就是振動減弱區(qū)，且振動加強(qiáng)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(shí)能出現(xiàn)振動始終加強(qiáng)的區(qū)域呢？,如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)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(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移都是最大，等于這兩列波的振幅

5、之和，因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動最激烈。,思考與討論,為什么兩列波相遇時(shí)能出現(xiàn)振動始終減弱的區(qū)域呢？,如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點(diǎn),思考與討論,兩列波引起的振動始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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

6、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。,振動加強(qiáng)的區(qū)域始終加強(qiáng)是不是指該處的質(zhì)點(diǎn)的振動位移總是為最大值？振動減弱的區(qū)域始終減弱是不是指該處的質(zhì)點(diǎn)的振動位移總是為最小值？,結(jié)論：振動加強(qiáng)（或減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅達(dá)最大值（或最小值），而不是指振動的位移，因?yàn)椴还苁羌訌?qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)，質(zhì)點(diǎn)都在作振動，它們的位移是時(shí)刻在變化的。,思考與討論,試從水波的干涉圖樣中分析出各加強(qiáng)區(qū)處的任一質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)為振動加強(qiáng)點(diǎn)：,假設(shè)兩列波振動步調(diào)一致時(shí)，即同相時(shí)，在疊加區(qū)域有一個(gè)P點(diǎn)，它到兩列波源的距離分別為S1、S2，兩列波的波長

7、為，則有,（n = 0,1,2,）,則有P點(diǎn)到兩列波的波源的距離差等于波長的整數(shù)倍或半個(gè)波長的偶數(shù)倍。,2、若P點(diǎn)為振動減弱點(diǎn)：,則有P點(diǎn)到兩列波的波源的距離差等于半個(gè)波長的奇數(shù)倍。,（n = 0,1,2,）,波的干涉,生活實(shí)例：聲波的干涉操場上裝有很多個(gè)相同的揚(yáng)聲器，當(dāng)它們同時(shí)發(fā)聲時(shí)，若繞操場一周，將會聽到某些地方聲音加強(qiáng)，某些地方聲音減弱。,生活中波的干涉實(shí)例,ABD,1、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

8、堂練習(xí),2、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),3、下列關(guān)于兩列波相遇時(shí)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(qiáng) 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(diǎn)的總位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和 D、幾個(gè)人在同一房間說話，相互聽得清楚，這說明聲波在相遇時(shí)互不干擾,BCD,課堂練習(xí),4、如圖所示，S1、S2是兩個(gè)相干波源，它們振動同步且振幅相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標(biāo)的a、b、c、d四點(diǎn)，下列說法中正確的有（ ） A、該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動

9、最弱， b、c質(zhì)點(diǎn)振動最強(qiáng)，d質(zhì)點(diǎn) 振動既不是最強(qiáng)也不是最弱 B、該時(shí)刻a質(zhì)點(diǎn)振動最弱， b、c、d質(zhì)點(diǎn)振動都最強(qiáng) C、a質(zhì)點(diǎn)的振動始終是最弱的， b、c、d質(zhì)點(diǎn)的振動始終是最強(qiáng)的 D、再過T/4后的時(shí)刻a、b、c三個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置，因此振動最弱,BC,課堂練習(xí),5、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷。設(shè)兩列波的振幅均為5cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m，C點(diǎn)是BE連線的中點(diǎn)，下列說法中正確的是 （ ） AC、E兩點(diǎn)都保持靜止不動 B圖示時(shí)刻A、B兩點(diǎn)的豎 直高度差為20cm C圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處于平衡 位置且向水面上

10、運(yùn)動 D從圖示的時(shí)刻起經(jīng)0.25s， B點(diǎn)通過的路程為20cm,BCD,課堂練習(xí),一、波的衍射 1定義：波可以_繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 2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_或者 _ 二、波的疊加 1波的獨(dú)立傳播：兩列波相遇后彼此穿過，仍然保持各自的_，繼續(xù)傳播,繞過障礙物,相差不多,比波長更小,運(yùn)動特征,2波的疊加：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動特征，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動，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_，如圖所示,矢量和,三、波的干涉 1定義：_相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振幅_、某些區(qū)域的振幅_的現(xiàn)象 2干涉圖樣：波

11、的干涉中所形成的圖樣 3干涉條件：頻率_、相位差_是兩列波產(chǎn)生干涉的必要條件,頻率,加大,減小,相同,恒定,3波的衍射實(shí)質(zhì)分析 波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況,如圖是觀察水面波的衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，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

12、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,ABC,【小結(jié)】能發(fā)生衍射和能發(fā)生明顯的衍射不同，波的衍射是不需要條件的，而要發(fā)生明顯的衍射必須滿足一定的條件 使波產(chǎn)生明顯衍射有兩種措施： 一是在波長不變的情況下改變障礙物或小孔的大小； 二是在障礙物或小孔不變的情況下改變波長,跟蹤訓(xùn)練1下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是() A衍射是一切波特有的現(xiàn)象 B對同一列波，縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯 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)象是由于聲波波長較大,ABD,要點(diǎn)二對波的干涉現(xiàn)象的理解 1波的疊加

13、疊加是無條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加 2波的干涉 (1)穩(wěn)定干涉 穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列同類的波，并且波的頻率相同、振動方向相同、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)其波長就不相等，這樣就不能形成穩(wěn)定的振動加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)因此我們就看不到穩(wěn)定的干涉圖樣，只能是一般的振動疊加現(xiàn)象,(2)明顯干涉 明顯干涉圖樣和穩(wěn)定干涉圖樣意義是不同的，明顯干涉圖樣除了滿足相干條件外，還必須滿足兩列波振幅差別不大振幅越是接近，干涉圖樣越明顯 3關(guān)于加強(qiáng)點(diǎn)(區(qū))和減弱點(diǎn)(區(qū)) (1)加強(qiáng)點(diǎn) 在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終加強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)的振動最劇烈，振動的振幅等于兩列波的振幅

14、之和，AA1A2. (2)減弱點(diǎn) 在某些點(diǎn)兩列波引起的振動始終相互削弱，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差，A|A1A2|，若兩列波振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動的合振幅就等于零，水面保持平靜,5干涉圖樣及其特征 (1)干涉圖樣：如圖所示 (2)特征：加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變 加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱(加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)不隨時(shí)間變化) 加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔,波源S1和S2的振動方向相同，頻率均為4 Hz，分別置于均勻介質(zhì)中x軸上的O、A兩點(diǎn)處，OA2 m，如圖所示兩波源產(chǎn)生的簡諧橫波沿x軸相向傳播，波速為4 m/s.已知兩波源振動的初始相位相同求： (1)簡諧橫波的波長 (2)OA間合振動振幅最小的點(diǎn)的位置,【答案】(1)1 m (2)x0.25 m,0.75 m,1.25 m,1.75 m,跟蹤訓(xùn)練2水槽中步調(diào)相反的波源S1、S2發(fā)出兩列波長相等的水波，設(shè)某一時(shí)刻P點(diǎn)恰好是兩波谷相遇，則( ) A這兩列波能發(fā)生干涉 BP點(diǎn)始終在波谷 CP是振動加強(qiáng)點(diǎn) DP的位移有時(shí)可為零,ACD,干涉區(qū)域內(nèi)的各質(zhì)點(diǎn)始終以振源的頻率振動,且振幅保持不變