2019-2020年高中物理 第十二章 机械波 12.4 波的衍射和干涉1学案新人教版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第十二章机械波12.4波的衍射和干涉1学案新人教版选修3-4[目标定位]1.知道波的衍射现象,理解波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理,知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道波的干涉图样的特点,理解形成稳定干涉图样的条件,掌握振动加强点、减弱点的振动情况.4.知道衍射和干涉是波特有的现象.一、波的衍射[问题设计]大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象,你能说出是什么原因吗?[要点提炼]1.定义:波可以继续传播的现象.2.产生明显衍射现象的条件:障碍物的尺寸或孔的宽度比波长小或跟波长.3.理解(1)衍射是波特有的现象,一切

2、波都可以发生衍射.(2)波的衍射总是存在的,只有“明显”与“不明显”的差异,“障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多”只是发生明显衍射的条件.(3)当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但衍射波的能量很弱,也很难观察到波的衍射.(4)波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向.因此,波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.二、波的叠加[问题设计]你知道“风声、雨声、读书声,声声入耳”体现了波的什么性质吗?[要点提炼]1.波的独立传播特性:几列波相遇时各自的波长、频率等运动特

3、征,不受其他波的影响.2.波的叠加原理:在几列波重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的.三、波的干涉[问题设计]如图1所示,操场中两根竖直杆上各有一个扬声器,接在同一扩音机上,一位同学沿着MN方向走来,他听到的声音会有什么变化?为什么?图1[要点提炼]1.干涉的定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的振幅,某些区域的振幅减小,而且振幅的区域和振幅减小的区域相互间隔,这种现象叫波的干涉,所形成的图样叫做干涉图样.2.干涉的条件:两列波的频率,振动方向在同一直线上,恒定.3.加强点(区)和减弱点(区)(

4、1)加强点:质点振动的振幅等于两列波的振幅之和,A=A1+A2.(2)减弱点:质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,A=

5、A1-A2

6、,若两列波振幅相同,质点振动的合振幅就等于零.(3)判断加强点和减弱点的方法①条件判断法振动频率相同、振动情况相同的两列波叠加时.某点到两列波的路程差为Δx=

7、x2-x1

8、=kλ时为振动加强点;当Δx=(2k+1)(k=0,1,2,…)时为振动减弱点.若两波源振动步调相反,则上述结论相反.②现象判断法若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷叠加,该点为加强点;若总是波峰与波谷叠加,则为减弱点.4.干涉图样及其特征(1)干涉图样:如图2

9、所示.图2(2)特征①加强区始终加强,减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化).②振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动,其振幅不变(若是振动减弱点,振幅小),但其位移随时间发生变化.③加强区与减弱区互相间隔且位置固定不变.一、波的衍射例1如图3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)之间的距离表示一个波长,则关于波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是()图3A.此时能观察到波的明显的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大,

10、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,能观察到更明显的衍射现象二、波的叠加例2如图4所示,沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等,当它们相遇时可能出现的波形是下列选项中的()图4三、波的干涉例3如图5所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图样.图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示波谷,下列说法正确的是()图5A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波

11、谷的点将位于波峰例4波源S1和S2振动方向相同,频率均为4Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2m,如图6所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4m/s.已知两波源振动的初始相位相同.求:图6(1)简谐横波的波长;(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置.1.(波的衍射)下列现象属于波的衍射现象的是()A.“隔墙有耳”B.“空山不见人,但闻人语响”C.“余音绕梁,三日不绝”D.夏日雷声轰鸣不绝2.(波的衍射和叠加)关于波的衍射和叠加,下列说法正确的是()A.衍射和叠加是机械波特有的现象B.对同一列波,缝或孔、障碍物尺寸越小,衍射现象

12、越明显C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象D.两列波

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