波的干涉與衍射

1、第四節(jié)波的干涉與衍射1(3分)將一個小石子投向平靜的湖面中心，會激起一圈圈向外傳播的波紋，如果此時水面上有一片樹葉，下列對樹葉運動情況的敘述正確的是()A樹葉慢慢向湖心運動B樹葉慢慢向湖岸漂去C在原位置上下振動D沿著波紋做圓周運動【解析】波在傳播過程中，只傳播振動能量和波源所發(fā)出的信息，而各質(zhì)點不隨波遷移，只在各自的平衡位置附近振動，故選C.錯選B的原因主要是對波的傳播特點不能很好地理解【答案】C2(3分)如下圖241所示，位于介質(zhì)和分界面上的波源S，產(chǎn)生兩列分別沿x軸負(fù)方向與正方向傳播的機(jī)械波，若在兩種介質(zhì)中波的頻率及傳播速度分別為f1、f2和v1、v2，則()圖241Af12f2，v1v2

2、Bf1f2，v10.5v2Cf1f2，v12v2 Df10.5f2，v1v2【解析】因為機(jī)械波的波速由介質(zhì)決定，頻率由振源決定，所以f1f2；由圖可知： 132L，則122，由vf知v12v2，故選C.【答案】C3(4分)如圖242所示是一列橫波在某一時刻的波形圖，波沿x軸正方向傳播圖242(1)該時刻A質(zhì)點運動的方向是向_，C點的運動方向是向_，D點的運動方向是向_(2)再經(jīng)過，質(zhì)點A通過的路程是_ cm，質(zhì)點C的位移是_【解析】(1)由于波沿x軸正方向傳播，所以A點在“下坡區(qū)”，向上運動；C點、D點均在“上坡區(qū)”，C、D兩點都向下運動(2)再經(jīng)過，A又回到平衡位置，所以A通過的路程為4 c

3、m，C點也回到平衡位置，其位移為0.【答案】(1)上下下(2)40課 標(biāo) 導(dǎo) 思1知道波具有獨立傳播的特性和兩波疊加的位移規(guī)律2知道波的干涉現(xiàn)象及產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件3知道波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件4會用波的干涉、衍射現(xiàn)象解釋相關(guān)問題. 學(xué)生P26一、波的干涉1波的疊加幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和2干涉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)域的振動減弱，而且振動加強(qiáng)的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉，所形成的圖樣叫做干涉圖樣3一切波

4、都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象4干涉條件頻率相同是兩列波發(fā)生干涉的必要條件二、波的衍射現(xiàn)象1定義波繞過障礙物繼續(xù)前行的現(xiàn)象叫做波的衍射【特別提醒】(1)衍射是波特有的現(xiàn)象.(2)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯而已.(3)波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似現(xiàn)象.2產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件只有當(dāng)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 學(xué)生P26一、波的獨立性、疊加原理1如圖243為兩列相向傳播的波從疊加到分開的示意圖，從圖中可知：幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播；在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)中質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時

5、引起的位移的矢量和圖2432由于疊加區(qū)域的總位移是各波單獨傳播時引起位移的矢量和，所以在疊加區(qū)域質(zhì)點的總位移可能增大，也可能減小.243丙是波峰與波峰的疊加，使總位移增大，振幅增大，振動加強(qiáng)(波谷與波谷相遇也使振動加強(qiáng))3當(dāng)波峰與波谷相遇疊加時，質(zhì)點同時參與一個向上和向下的振動，這樣總位移比兩列波單獨傳播時位移大的那列波的位移小，振幅減小，因而使振動減弱，如圖244所示圖244二、波的干涉1實驗探究探究一探究二實驗原理金屬絲固定在振動片上，振動片振動時，金屬絲周期性地振動水面，形成波源器材水波槽、金屬絲、振動片、電源等操作將兩金屬絲固定在不同的振片上，在水槽中產(chǎn)生兩列頻率不同的水波將兩金屬絲固

6、定在相同的振片上，在水槽中產(chǎn)生兩列頻率相同的水波現(xiàn)象相同兩列水波相遇后，彼此穿過，互不干擾，各自繼續(xù)傳播不同無干涉現(xiàn)象水面上出現(xiàn)了一條條從兩波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和劇烈振動的區(qū)域2.對干涉現(xiàn)象的解釋設(shè)兩列頻率和步調(diào)都相同的波源單獨引起的振幅分別為A1和A2，則加強(qiáng)區(qū)：兩列波在該區(qū)域引起的振動方向相同，所以質(zhì)點的振幅為A1A2，振動最強(qiáng)烈減弱區(qū)：兩列波在該區(qū)域引起的振動方向相反，所以質(zhì)點的振幅為|A1A2|.若A1A2，質(zhì)點振動的合振幅為0，水面平靜【特別提醒】加強(qiáng)區(qū)始終加強(qiáng)，減弱區(qū)始終減弱，位置不變；不論是加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)的質(zhì)點，都仍然在其平衡位置附近振動，即它們的位移仍隨時間發(fā)生周

7、期性變化.2干涉圖樣及其特征(1)干涉圖樣：如圖245所示圖245(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)不隨時間變化)加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔【特別提醒】波的疊加是n列波相遇時發(fā)生的普遍現(xiàn)象，而波的干涉是疊加的一種特殊情況，它是穩(wěn)定的疊加，即使兩列波頻率相同，在振幅差別很大時，也不會發(fā)生明顯的干涉，因為加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)質(zhì)點振動的振幅差別太小.4波的干涉中振動“加強(qiáng)點”與“減弱點”的判定方法(1)理論判斷法設(shè)波源S1、S2振動情況完全相同，它們產(chǎn)生兩列波在同一介質(zhì)中傳播對介質(zhì)中的任一P點，如圖246離兩波源距離分別是S1P、S2P，那么它們對P引起的振

8、動的步調(diào)差別完全由距離差xS1PS2P決定圖246a當(dāng)xn(n0,1,2，)即距離差為波長的整數(shù)倍時，兩振源在P點引起的振動的步調(diào)一致，為同向振動，疊加結(jié)果是兩數(shù)值之和，即振動加強(qiáng)，是加強(qiáng)點；b當(dāng)x(2n1)(n0,1,2，)即距離差為半波長的奇數(shù)倍時，兩振源在P點引起的振動的步調(diào)相反，為反向振動，疊加結(jié)果是兩數(shù)值之差，即振動減弱，是減弱點；若兩列波源振動步調(diào)相反，則上述結(jié)論反之即可(2)現(xiàn)象判斷法若某點總是波峰與波峰(或波谷與波谷)相遇，該點為振動加強(qiáng)點；若總是波峰與波谷相遇，則該點為振動減弱點三、波的衍射現(xiàn)象及發(fā)生明顯衍射的條件1生活中常見的波的衍射現(xiàn)象(1)聲波：聲波在空氣中的波長較長，

9、可以跟一般障礙物的尺寸相比擬比如“隔墻有耳”、“聞其聲不見其人”等現(xiàn)象，就是因為聲波發(fā)生了衍射，繞過障礙物傳入人耳，而光波由于波長很短，障礙物或孔的尺寸遠(yuǎn)大于光的波長，不能繞過障礙物發(fā)生明顯衍射，所以看不到說話的人(2)水波：水面上傳播的波能夠越過水面上的蘆葦、小石塊等障礙物，橋洞口水波的衍射，都是典型的水波的衍射現(xiàn)象2對明顯衍射發(fā)生條件的理解(1)波的衍射是波在傳播過程中所獨具的特征之一，衍射是否明顯，通常的衡量就是孔或縫的寬度d與波長的比值，比值越小，衍射現(xiàn)象相對越明顯(2)孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長的關(guān)系僅是衍射能否明顯發(fā)生的條件，波的衍射沒有條件(3)明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清

10、楚地感受到，如當(dāng)孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水波波長時，衍射應(yīng)當(dāng)非常明顯，但因孔很小，單位時間內(nèi)通過的能量很小，又分布到很大的區(qū)域上，水波將非常弱，將看不清楚一、波的疊加和獨立傳播沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當(dāng)它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是如圖所示的()【導(dǎo)析】根據(jù)波的疊加原理進(jìn)行分析【解析】該題考查波的疊加原理半個波形(或前半個波形)相遇時，B正確當(dāng)兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有質(zhì)點的振動的位移加倍，C正確【答案】BC在疊加區(qū)域，位移x等于兩波分別引起的位移x1、x2的矢量合：.1下列關(guān)于兩列波相遇時疊加

11、的說法正確的是()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，任一質(zhì)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，相互間聽得清楚，這說明聲波在相遇時互不干擾【解析】兩列波相遇時，每一列波引起的振動情況保持不變，而質(zhì)點的振動則是兩列波共同作用的結(jié)果，故A選項錯誤，B、C選項正確。幾個人在同一房間說話，聲帶振動發(fā)出的聲波在空間中相互疊加后，不改變每列波的振幅、頻率，所以聲波傳到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所說的話，故D正確【答案】BCD二、波的干涉及干涉圖樣如圖247表示兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻

12、介質(zhì)中相遇圖中實線表示的是某時刻的波峰，虛線表示的是某時刻的波谷，下列說法正確的是()圖247Aa、c兩點的振動加強(qiáng)，b、d兩點的振動減弱Be、f兩點振動介于加強(qiáng)點和減弱點之間C經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r間后，加強(qiáng)點和減弱點的位置互換D經(jīng)半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰【導(dǎo)析】該題考查對振動加強(qiáng)點和減弱點的理解波的干涉示意圖所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質(zhì)質(zhì)點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著但要注意，對穩(wěn)定的干涉，振動加強(qiáng)和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的【解析】a點是波谷和波谷相遇的點，c 是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強(qiáng)的點

13、，而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確e位于加強(qiáng)點的連線上，仍為加強(qiáng)點，f位于減弱點的連線上，仍為減弱點，B錯誤相干波源疊加產(chǎn)生的干涉是穩(wěn)定的，不會隨時間變化，C錯誤因形成干涉圖樣的介質(zhì)質(zhì)點也是不停地做周期性振動，經(jīng)半個周期后步調(diào)相反，D正確【答案】AD若認(rèn)為只有干涉圖樣上波峰和波峰、波谷和波谷相遇的點才是振動加強(qiáng)的點，波峰和波谷相遇的點為振動減弱的點，可能誤選B；誤認(rèn)為加強(qiáng)點永遠(yuǎn)位于波峰，減弱的點永遠(yuǎn)位于波谷，會漏選D. 2如圖248所示，實線和虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷此刻，M是波峰與波峰相遇點，下列說法中正確的是()圖248A該時刻質(zhì)點O正處在

14、平衡位置BP、N兩質(zhì)點始終處在平衡位置C隨著時間的推移，質(zhì)點M向O點處移動D從該時刻起，經(jīng)過四分之一周期，質(zhì)點M到達(dá)平衡位置【解析】由圖可知，圖中O、M為振動加強(qiáng)點，此時刻O處于波谷，M處于波峰，因此A錯誤N、P為減弱點，且兩列波振幅相同，因此，N、P兩點振幅為零，即兩質(zhì)點始終處于平衡位置，B正確質(zhì)點不會隨波向前推移，C不正確從該時刻經(jīng)周期，兩列波在M點分別引起的振動都位于平衡位置，故M點位于平衡位置，D正確【答案】BD三、波的衍射如圖249所示是觀察水面波衍射的實驗裝置AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，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)之間的距離表示一

15、個波長，則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是()圖249A此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象B擋板前后波紋間距離相等C如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D如果孔的大小不變，波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象【導(dǎo)析】根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，通過題中圖形反映的波長與孔寬大小分析、判斷【解析】本題主要考查發(fā)生明顯衍射的條件觀察題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象，故選項A對；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距應(yīng)相等，故選項B對；若f增大，由，知變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故選項D錯；若將孔AB擴(kuò)大，且孔的尺寸遠(yuǎn)大于波長，則可能觀察

16、不到明顯的衍射現(xiàn)象，故選項C對故選ABC.【答案】ABC解決這類問題，要求對波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，以及波長、頻率、波速之間的關(guān)系有正確的認(rèn)識因此對重要的演示實驗的實驗原理和實驗方法，都必須有深入的理解. 1兩列波疊加時，關(guān)于介質(zhì)中的任一質(zhì)點的振動，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【解析】兩列波疊加時，振動的周期和頻率不一定等于兩者之和例如頻率相同的兩列波疊加，某點的振動頻率可能等于每列波的頻率，也可能不振動，A、B不對某點的振幅可能等于兩列波的振幅之和，也可能等于兩列波的振幅

17、之差但位移一定是兩分振動的位移之和，D正確【答案】D2關(guān)于波的干涉，下列說法正確的是()A一列波影響了另一列波，這就叫波的干涉B兩列波相互疊加時，必定產(chǎn)生干涉C兩列波相互干涉是波疊加的結(jié)果D振幅不同的兩列波不可能相互干涉【解析】我們所說的干涉，必須使兩列波滿足相干條件它是波疊加的結(jié)果，但兩列波互不影響，C正確【答案】C3如圖2410所示是水波干涉示意圖，S1、S2是兩波源，A、D、B三點在一條直線上，兩波源頻率相同，振幅相等，下列說法不正確的是()圖2410A質(zhì)點A一會兒在波峰，一會兒在波谷B質(zhì)點B一會兒在波峰，一會兒在波谷C質(zhì)點C一會兒在波峰，一會兒在波谷D質(zhì)點D一會兒在波峰，一會兒在波谷【解析】