《波的衍射和干涉》PPT课件

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1、第五､六节波的衍射波的干涉知识梳理图(学生用书P38)知识点1.波的衍射及产生明显衍射的条件2.波的叠加原理3.波的干涉现象及稳定干涉的条件情景设置(学生用书P38)我们处在一堵墙的一侧,而墙的另一侧有两个人在交谈,我们如何能听到他们交谈的声音,而且能听清他们交谈的内容呢?深化探究(学生用书P38)一､波的衍射1.定义:波可绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射.例如:(1)在水波槽中,在波源的前方放一障碍物,使波源振动产生水波,当障碍物较大时波被阻挡,在靠近障碍物后面没有波,只是在障碍物较远处,波才稍微有些绕到“影子”区域里,如下图(左)所示,虽然发生

2、了衍射,但不明显.当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进,如同障碍物不存在一样.如下图(右)所示,衍射现象明显.(2)在水波槽中,在波源前方放一有孔的屏,使波源振动产生水波,当孔较大时发现水波经过孔后,在连接波源和孔的两边的直线所限制的区域里传播,如下图(左)所示,当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波.如下图(右)所示,衍射现象明显.2.产生明显衍射的条件产生明显衍射现象,必须具备一定的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多.(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

3、大的波容易发生明显衍射现象.(2)波传到小孔(或障碍物),小孔(或障碍物)仿佛一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波),在孔后传播,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.3.惠更斯原理对衍射现象的解释由惠更斯原理,波面上的每一点都可以看做子波的波源,位于障碍物边缘狭缝处的点也是子波的波源,所以波可以传到障碍物的后面.惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的强度,所以无法说明衍射现象与狭缝与障碍物大小的关系.二､波的叠加1.波的独立传播特性两列波相遇后,

4、每列波仍像相遇前一样,保持各自原来的波形继续向前传播.2.波的叠加原理在两列波重叠的区域里,任何一个质点同时参与两个振动,其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和,当两列波振动方向在同一直线上时,这两个位移的矢量和在选定正方向后可简化为代数和.波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,由于总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小.如下图(左)所示为两列同相的波叠加,振动加强,振幅增大.下图(右)所示为两列反相波的叠加,振动减弱,振幅减小.三､波的干涉1.干涉现象频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱

5、,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔,这种现象叫波的干涉,形成的图样叫做波的干涉图样如下图所示.2.对振动加强和减弱点的解释(1)振动加强点由波源S1､S2在质点a分别引起的振幅为A1､A2.从S1､S2发出的两列波传到a点时是同相(即振动步调一致)的,引起a点的振动方向是一致的.a点的振幅为A1+A2;两波源到振动加强点的距离差Δx=kλ(k=0,1,2,3…);振动加强点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,上图中实线都是振动加强的点.(2)振动减弱点从波源S1､S2发出的两列波传到振动减弱点b是反相(即振动步调相

6、反)的,引起b点的振动方向相反振幅为(A1-A2)两波源S1､S2到振动减弱点b的距离差Δx=(2k+1)(k=0,1,2,3…)振动减弱点b并非一定不振,只是振幅最小,上图中虚线上各点都是振动减弱点.3.两列波产生稳定干涉的必要条件两列波的频率必须相同,是产生稳定干涉的必要条件.如果两列波的频率不同,在叠加时各个质点的振幅是随时间变化的,不会出现总是加强或总是减弱的区域,因而不能产生稳定的干涉图样.4.波的干涉和衍射是波所特有的现象一切波都能够发生干涉和衍射现象;反之能够发生干涉和衍射现象的一定是波.典例分析(学生用书P39)一､对波的衍射的理解例1:把

7、M､N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验,出现了如下图所示的图样,位置P处的水没有振动起来,现要使挡板左边的振动传到P处,在不改变挡板M的左右位置和P点位置的情况下,可以采用哪些办法?解析:波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多,或者比波长更小,所以要使P点振动起来,有两种方法:一是减小孔的尺寸,二是增大波的波长.N板向上移,可以减小孔的尺寸;由v=λf可知,水波的波速一定,减小波源的频率可以增大水波的波长.答案:N板上移,或减小波源振动的频率巩固练习1在水波的衍射实验中,若打击水面的振子振动的频率是5Hz,水波在水槽中传播

8、速度是0.05m/s,为观察到明显的衍射现象,小孔直径应为()A.