資源簡介

3.3波的干涉和衍射
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.閱讀課本，了解波的疊加原理、什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。
2.了解波的干涉在生活中的應(yīng)用，感受物理與生活之間的聯(lián)系。
3. 了解波的衍射在生活中的應(yīng)用，知道發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.
【課上探究】
知識點1：波的疊加
思考與交流
1．波的獨立傳播：幾列波相遇后彼此穿過，仍然保持各自的運(yùn)動特征，繼續(xù)傳播．即各自的波長、頻率等 ．
2．波的疊加：在幾列波重疊的區(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 ．
總結(jié)與提升
1．波疊加時的特點
(1)位移是幾列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和．
(2)各列波獨立傳播．
2．波的疊加原理理解
波的疊加原理是波具有獨立傳播性的必然結(jié)果，由于總位移是幾個位移的矢量和，所以疊加區(qū)域的質(zhì)點的位移可能增大，也可能減小．如圖所示，兩列同相波的疊加，振動加強(qiáng)，振幅增大；如圖所示，兩列反相波的疊加，振動減弱，振幅減小．
練習(xí)與拓展
例1.波源甲、乙分別在一根水平放置的繩的左右兩端，兩波源發(fā)出的波在繩中的傳播速度均是1 m/s.在t＝0時刻繩上的波形如圖所示．則根據(jù)波的疊加原理，以下敘述正確的是(　　)
A．當(dāng)t＝2 s時，波形如圖①所示；當(dāng)t＝4 s時，波形如圖②所示
B．當(dāng)t＝2 s時，波形如圖①所示；當(dāng)t＝4 s時，波形如圖③所示
C．當(dāng)t＝2 s時，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4 s時，波形如圖①所示
D．當(dāng)t＝2 s時，波形如圖②所示；當(dāng)t＝4 s時，波形如圖③所示
變式訓(xùn)練1．兩列簡諧波沿x軸相向而行，波速均為v＝0.4 m/s，兩波源分別位于A、B處，t＝0時的波形如圖所示．當(dāng)t＝2.5 s時，M點的位移為________cm，N點的位移為________cm.
知識點2：波的干涉
思考與交流
1.如圖，兩列相同的水波在傳播過程中相遇后會是什么情況呢？
2．定義：頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振幅 ，某些區(qū)域的振幅 ，而且振幅加大的區(qū)域和振幅減小的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫 ，所形成的圖樣叫作 ．
3．干涉條件：兩列波的 必須相同；兩個波源的 必須保持不變．
4．一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波特有的現(xiàn)象．
總結(jié)與提升
1.波的疊加是無需條件的，任何頻率的兩列波在空間相遇都會疊加．
2.穩(wěn)定干涉圖樣的產(chǎn)生是有條件的，必須是兩列波的頻率相同、相位差恒定，如果兩列波的頻率不相等，在相遇的區(qū)域里不同時刻各質(zhì)點疊加的結(jié)果都不相同，看不到穩(wěn)定的干涉圖樣．
3.振動加強(qiáng)的點的振動總是加強(qiáng)，但并不是始終處于波峰或波谷，它們都在平衡位置附近振動，有的時刻位移為零．
4.振動減弱的點的振動始終減弱，位移的大小始終等于兩列波分別引起位移的大小之差，振幅為兩列波的振幅之差．如果兩列波的振幅相同，則振動減弱點總是處于靜止?fàn)顟B(tài)，并不振動．
5．干涉圖樣及其特征
(1)干涉圖樣：如圖所示．
(2)特征：
①加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)的位置固定不變．
②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)．
③加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)互相間隔．
練習(xí)與拓展
例2.(多選)如圖所示為兩個相干波源S1、S2產(chǎn)生的波在同一種均勻介質(zhì)中相遇時產(chǎn)生的干涉圖樣．圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示波谷．下列說法正確的是(　　)
A．a(chǎn)、c兩點的振動加強(qiáng)，b、d兩點的振動減弱
B．e、f兩點的振動介于加強(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
變式訓(xùn)練2. 如圖所示是兩個完全相同的波源在介質(zhì)中疊加而成的干涉的示意圖，實線表示波峰，虛線表示波谷，則下列說法正確的是(　　)
A．A點為振動加強(qiáng)點，經(jīng)過半個周期，這一點振動減弱
B．B點為振動減弱點，經(jīng)過半個周期，這一點振動加強(qiáng)
C．C點為振動加強(qiáng)點，經(jīng)過半個周期，這一點振動仍加強(qiáng)
D．D點為振動減弱點，經(jīng)過半個周期，這一點振動加強(qiáng)
知識點3：波的衍射
思考與交流
“不見其人，先聞其聲”為什么看不到人卻能聽到他發(fā)出的聲音？
總結(jié)與提升
1．定義
波可以 繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫作波的衍射．
2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長 或者比波長 時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．
3．一切波都能發(fā)生 ， 是波特有的現(xiàn)象．
練習(xí)與拓展
例3.圖中S為在水面上振動的波源，M、N為在水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水沒有振動。為使A處水也能發(fā)生振動，下列方法無效的是(　　 )
A.移動N使狹縫的寬度增大
B.使波源的頻率減小
C.使波源的周期增大
D.移動N使狹縫的寬度減小
【課后鞏固】
1．(多選)關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是(　　)
A．兩列頻率不相同的波相遇時，因為沒有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加
B．任何兩列波相遇都會疊加
C．兩列頻率相同的波相遇時，振動加強(qiáng)的點只是波峰與波峰相遇的點
D．兩列頻率相同的波相遇時，如果介質(zhì)中的某點振動是加強(qiáng)的，某時刻該質(zhì)點的位移可能是零
2．(多選)在同一介質(zhì)中兩列頻率相同、振動步調(diào)一致的橫波互相疊加，則(　　)
A．波峰與波谷疊加的點振動一定是減弱的
B．振動最強(qiáng)的點經(jīng)過T后恰好回到平衡位置，因而該點的振動是先加強(qiáng)，后減弱
C．振動加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)相間隔分布，且加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)不隨時間變化
D．加強(qiáng)區(qū)的質(zhì)點某時刻位移可能是零
3．(多選)關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　)
A．任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象
B．發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同
C．在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷
D．在振動加強(qiáng)的區(qū)域，有時質(zhì)點的位移等于零
4. 兩列沿相反方向傳播的振幅和波長都相同的半波如圖甲所示，在相遇的某一時刻如圖乙所示兩列波“消失”，此時圖中a、b質(zhì)點的振動方向是(　　)
A．a(chǎn)向上，b向下 B．a(chǎn)向下，b向上
C．a(chǎn)、b都靜止 D．a(chǎn)、b都向上
5．(多選)如圖所示，表示兩列同頻率相干水波在t＝0時刻的疊加情況，圖中實線表示波峰，虛線表示波谷．已知兩列波的振幅均為2 cm，波速均為2 m/s，波長均為0.4 m，E點為B、D連線和A、C連線的交點，下列說法正確的是(　　)
A．A、C兩點是振動減弱點
B．A、C、E點是振動加強(qiáng)點
C．B、D兩點在該時刻的豎直高度差為8 cm
D．t＝0.05 s時，E點離平衡位置的位移大小為4 cm
6．消除噪聲污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個重要課題。內(nèi)燃機(jī)、通風(fēng)機(jī)等在排放各種高速氣流的過程中都產(chǎn)生噪聲，干涉型消聲器可用來減弱高速氣流產(chǎn)生的噪聲。干涉型消聲器結(jié)構(gòu)及氣流運(yùn)行如圖所示，產(chǎn)生波長為λ的聲波沿水平管道自左向右傳播。當(dāng)聲波到達(dá)a處時，分成兩束波，它們分別通過r1和r2的路程，再在b處相遇，即可達(dá)到減弱噪聲的目的。若Δr＝r2－r1，則Δr等于(　　)
A．波長λ的整數(shù)倍 B．波長λ的奇數(shù)倍
C．半波長的奇數(shù)倍 D．半波長的偶數(shù)倍
7．(多選)關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　)
A．當(dāng)孔的尺寸比波長大時，一定不會發(fā)生衍射現(xiàn)象
B．只有孔的尺寸與波長相差不多時，或者比波長還小時才會觀察到明顯的衍射現(xiàn)象
C．只有聲波才有衍射現(xiàn)象
D．衍射是波特有的現(xiàn)象
8．(多選)以下說法中正確的是(　　)
A．波要發(fā)生衍射現(xiàn)象必須具備一定的條件，否則不可能發(fā)生衍射現(xiàn)象
B．要觀察到水波明顯的衍射現(xiàn)象，必須使狹縫的寬度遠(yuǎn)大于水波波長
C．波長越長的波，越容易發(fā)生明顯的衍射
D．只有波才有衍射現(xiàn)象
9．波源S1和S2振動方向相同，頻率均為4 Hz，分別置于均勻介質(zhì)中的x軸上的O、A兩點處，OA＝2 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的位置。
10．兩列橫波在x軸上沿相反方向傳播，如圖所示，傳播速度v＝6 m/s，兩列波的頻率都是f＝30 Hz，在t＝0時，這兩列波分別從左和右剛剛傳到S1和S2處，使S1和S2都開始向上做簡諧振動，S1的振幅為2 cm，S2的振幅也為2 cm，已知質(zhì)點A與S1、S2的距離分別是S1A＝2.25 m，S2A＝4.25 m。
(1)判斷在兩波到達(dá)A點后A點的振動情況；
(2)若A點發(fā)生振動，求其在 s內(nèi)通過的路程。
參考答案
例1D 變式1 M：2cm N:0
例2AD 變式2 C
例3A
鞏固：
1.BD
2.ACD
3.BD
4.B
5.ACD
6.C
7.BD
8.CD
9.(1) (2)0.25m 0.75m 1.25m 1.75m
10.（1）振動加強(qiáng)
（2）32cm

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