高中物理第十二章机械波4波的衍射和干涉学案新人教版选修3_4

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1、4波的衍射和干涉课堂探究一、波的衍射现象1．定义：波绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。(1)衍射是波特有的现象。(2)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。(3)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。(4)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。2．产生明显衍射现象的条件只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。(1)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较长的波容易产生显著的衍射现象。(2)波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新的波源，由

2、它发出的与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。(3)当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。判断一些熟悉的现象是否是波的衍射现象，首先要看现象中是否有波，其次是看波从波源传出后是否偏离了直线传播，即是否“拐弯”，都符合时即为波的衍射现象。二、对波的干涉现象的理解1．波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。2．稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相位差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定干

3、涉图样。3．明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大。振幅越是接近，干涉图样越明显。4．应该明确波的干涉条件中所指“振动加强的点到两波源的距离等于波长的整数倍”这一结论是有条件的，条件是：两波源的振动情况完全相同——即两波源位置固定，振动方向平行，步调完全一致。5．振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化。6．振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零。只是振幅为两列波振幅

4、之和，显得振动剧烈。7．振动减弱点的振动始终减弱，它位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差。如果两列波的振幅相同，则振动减弱点将会总是处于静止的，并不振动。三、对振动加强点和减弱点的解释1．振动加强点设波源S1、S2在质点A分别引起的振幅为A1、A2，以图①中A点波峰与波峰相遇时计时，波源S1、S2分别引起质点A振动的图象如图②中甲、乙所示，当两列波重叠时，质点A同时参与两个振动，合振动图象如图②中丙所示。①②　　　　　　　　　　　③2．振动减弱点如图①所示，以波源S1、S2分别将波峰、波谷传到B点时开始计时，波源S1、S2分别引起质

5、点B振动的图象如图③中甲、乙所示，当两列波重叠时，质点B同时参与两个振动，合振动图象如图③中丙所示。3．加强点和减弱点的特征(1)从波源S1、S2发出的两列波传到振动加强的点A时是同相(即振动步调一致)的，引起A点的振动方向是一致的，振幅为A＝A1＋A2。(2)两波源S1、S2到振动加强点A的距离之差Δx＝kλ(k＝0,1,2，…)。(3)振动加强的质点A并不是始终处于波峰(或波谷)，它仍然在平衡位置附近振动，只是振幅最大，等于两列波的振幅之和。(4)从波源S1、S2发出的两列波传到振动减弱的点B时是反相(即振动步调相反)的，引起B点的振动方向相反，振幅为A＝

6、A

7、1－A2

8、。(5)两波源S1、S2到振动减弱点B的距离之差Δx＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)。(6)振动减弱的质点B并非一定不振动，只是振幅最小，等于两列波的振幅之差。判断是振动加强点还是减弱点可依据以下方法：若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点。类型一产生明显衍射的条件【例1】如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　)。A．此时能明

9、显观察到波的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象解析：根据能有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A项正确。因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B项正确。若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C项正确。若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的

10、衍射现象，