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(共31張PPT)
第三單元 機械波
3.4 波的干涉
一、驅動問題
錢塘江潮被譽為“天下第一潮”，是世界一大自然奇觀，它是天體引力和地球自轉的離心作用，加上杭州灣喇叭口的特殊地形所造成的特大涌潮。仔細觀察右邊高清視頻中兩列水波的疊加，你發(fā)現(xiàn)他們疊加后的形狀有什么特點沒有，疊加后凹凸間隔分布，你知道這是為什么嗎？
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二、波的疊加
身邊的疊加
在介質中常常有幾列波同時傳播。兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變各自的運動特征呢？
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二、波的疊加
（一）實驗引入
演示實驗：觀察波的疊加現(xiàn)象
在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，在繩上分別產(chǎn)生相向傳播的兩列波（圖甲）。觀察兩列波的傳播情況。
你能大致畫出該過程的波形圖嗎？
開始相遇
相遇中
開始分離
分離后
兩列波相遇后，有什么規(guī)律？
二、波的疊加
波傳播的獨立性:幾列波相遇之后， 仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進，好象沒有遇到過其他波一樣互不干擾.
紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…)
聽樂隊演奏(仍可辨出不同樂器的音色、旋律)
空中無線電波很多(仍能分別接收各個電臺)
會議室內(nèi)聲音特響（仍能區(qū)分出每一個人的說話聲音）
生活實例
（二）波的相遇分析
二、波的疊加
振動加強
振幅增大
振動減弱
振幅減小
峰
峰
谷
峰
（三）波的疊加
二、波的疊加
波的疊加原理
在幾列波重疊的區(qū)域里，介質的質點同時參與這幾列波所引起的振動，質點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。
本質：位移的合成
（三）波的疊加
二、波的疊加
例題：如圖所示，波源S1在繩的左端發(fā)出頻率為f1、振幅為A1的半個波形a，同時，波源S2在繩的右端發(fā)出頻率為f2、振幅為A2的半個波形b，已知f1A.a波先到達P點
B.兩列波在P點疊加時，P點的位移最大值小于A1+A2
C.a波的波峰到達S2時，b波的波峰尚未到達S1
D.兩列波相遇時，繩上位移可達A1+A2的點只有一個，此點在P點的右側
B
三、波的干涉
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（一）
觀察與思考
兩列頻率相同的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？我們先觀察下面的現(xiàn)象。
現(xiàn)象：兩列頻率相同的水波相遇后，在它們重疊的區(qū)域里出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。
三、波的干涉
（二）實驗解釋
加強的解釋：
x1
0
t
A1
-A1
振動1
x2
0
t
-A2
A2
振動2
x
0
t
A
-A
加強疊加
三、波的干涉
（二）實驗解釋
如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質點的振動最激烈。
加強的解釋：
S1
S2
三、波的干涉
如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。
（二）實驗解釋
S1
S2
減弱的解釋：
三、波的干涉
（三）波的干涉
振動加強區(qū)的質點振動的振幅為多大？振動減弱區(qū)的質點振動的振幅為多大？
振動加強區(qū)：振動的振幅等于兩列波振幅之和。
振動減弱區(qū)：振動的振幅等于兩列波振幅之差。
加強區(qū)和減弱區(qū)的質點偏離平衡位置的位移不是始終不變。而是振動加強區(qū)域的質點，其位移始終保持最大。振動減弱區(qū)域的質點，其位移始終保持最小。
加強區(qū)和減弱區(qū)的質點偏離平衡位置的位移始終不變嗎？
若兩列波的振幅相等，減弱區(qū)的質點是否還會離開平衡位置？
振動減弱點的振動始終是減弱的；它并不總是處于平衡位置，它也在平衡位置附近振動.只有當兩個波源的振幅相等時，才位于平衡位置.
三、波的干涉
（三）波的干涉
若兩列波的的頻率和相位差不相同，你認為在相互疊加時，能否出現(xiàn)穩(wěn)定的相間的加強和減弱區(qū)呢？
如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區(qū)域。
如何才能形成像上述實驗現(xiàn)象一樣的穩(wěn)定的加強和減弱的穩(wěn)定圖樣呢？
(1)兩波源的頻率相同。
(2)振動方向相同。
(3)相位差恒定。
三、波的干涉
（三）波的干涉
1. 定義：
頻率相同,振動方向相同,相位差恒定的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動始終加強，某些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。
水波干涉圖樣
2.形成穩(wěn)定干涉圖樣的條件
(1)兩波源的頻率相同。
(2)振動方向相同。
(3)相位差恒定。
三、波的干涉
（四）波的干涉規(guī)律
1.S1和S2兩波源到加強點M到距離只差與波長有什么關系？
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，加強點與兩個波源的距離差：
△S=S1-S2=2n λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
三、波的干涉
（四）波的干涉規(guī)律
2.S1和S2兩波源到其他加強點到距離只差與波長有什么關系？你從中可以發(fā)現(xiàn)什么樣的規(guī)律？
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，減弱點與兩個波源的距離差：△S=S1-S2=（2n+1） λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
三、波的干涉
（四）波的干涉規(guī)律
振動加強點和減弱點滿足的條件：
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同
(1)加強點與兩個波源的距離差：
（n=0，±1，±2，±3……）
(2)減弱點與兩個波源的距離差：
（n=0，±1，±2，±3……）
加強點與兩個波源的距離差是半波偶數(shù)的整數(shù)倍
減弱點與兩個波源的距離差是半波奇數(shù)的整數(shù)倍
三、波的干涉
[思考判斷]
(1)任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象。( )
(2)發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同。( )
(3)在振動減弱的區(qū)域，各質點都處于波谷。( )
(4)在振動加強的區(qū)域，有時質點的位移等于零。( )
(5)能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的兩列波疊加時，振動加強的位置和減弱的位置是不變的。( )
×
×
√
√
√
三、波的干涉
例題： (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、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱
B.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間
C.經(jīng)適當?shù)臅r間后，加強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
AD
三、波的干涉
解析　波的干涉圖樣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質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，振動加強和減弱的區(qū)域的空間位置是不變的。a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；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位于加強點的連線上，仍為加強點，f位于減弱點的連線上，仍為減弱點，B錯誤；相干波疊加產(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質點也是不停地做周期性振動，經(jīng)半個周期步調相反，D正確。
課堂小結
波的干涉
波的疊加
波傳播的獨立性：幾列波相遇后，彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，也就是說，相遇后，它們都保持各自的運動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響。
波的疊加原理：在它們重疊的區(qū)域里，介質的質點同時參與這幾列波所產(chǎn)生的振動，質點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。
波的干涉
定義：頻率相同,振動方向相同,相位差恒定的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動始終加強，某些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔這種現(xiàn)象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。
加強點滿足的條件
減弱點滿足的條件
課堂反饋
1、兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象，得到了干涉圖樣，則（ ）
A、振動加強的質點，始終處于最大位移處
B、振動加強的質點的位移，有時會小于振動削弱的質點的位移
C、波峰與波峰相遇處的質點，其振動始終加強
D、波峰與波谷相遇處的質點，其振動始終削弱
BCD
課堂反饋
2、頻率相同的兩列波發(fā)生干涉現(xiàn)象時，有（ ）
A、某一點如果是兩列波的波峰與波峰相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇
B、某一點如果是兩列波的波谷與波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波谷相遇
C、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是兩列波的波谷相遇
D、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經(jīng)過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波峰相遇
D
課堂反饋
3．如圖所示，兩列簡諧波均沿x軸傳播，傳播速度的大小相 等，其中一列沿x方向傳播(圖中實線所示)，一列沿負x方向傳播(圖中虛線所示)，這兩列波的頻率相同，振動方向均沿y軸，則圖中x =1、2、3、4、5、6、7、8各點中振幅最大的是x = 的點，振幅最小的是x= 的點。
4、8
2、6
課堂反饋
4、如圖所示為甲、乙兩列簡諧橫波在同一繩上傳播時某時刻的波形圖，甲波向右傳播，乙波向左傳播.質點M位于x＝0.2 m處，則下列說法正確的是 （ ）
A.這兩列波會發(fā)生干涉現(xiàn)象
B.M點是振動加強點，所以其位移總是最大
C.此時M點位移為零，故M點是振動減弱點
D.由圖示時刻開始，再經(jīng)過 甲波周期，M點將位于波谷
E.M點將做振幅為30 cm的簡諧振動
ADE
課堂反饋
5、如圖所示，A、B為兩個完全相同的相干波源，它們產(chǎn)生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點相遇時，則（ ）
A、P點振動始終加強
B、 P點振動有時加強，有時減弱
C、 P點位移始終等于振幅
D、 P點位移有時為零
AD
課堂反饋
6、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷。設兩列波的振幅均為5cm，且圖示的范圍內(nèi)振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m，C點是BE連線的中點，下列說法中正確的是 （ ）
A．C、E兩點都保持靜止不動
B．圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20cm
C．圖示時刻C點正處于平衡位置且向水面上運動
D．從圖示的時刻起經(jīng)0.25s，B點通過的路程為20cm
BCD
課堂反饋
D
課堂反饋
本課時結束
感謝觀看！

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