5. 波的干涉、衍射第一课时教学实录

波的干涉、衍射

一、学习目标

1．知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉条件、干涉现象和干涉图样．

2．知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件．

3．知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象．

二、预习与梳理

(一)波的叠加原理

1.波的互不干扰特性

介质中几列波相遇后，仍将保持它们各自原有的

(频率、振幅、振动方向、传播方向等)继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化．

2.波的叠加原理

在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的

等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的

．

(二)波的干涉现象

1.实验及现象

(1)实验：在水波槽中，使水面上的两个振子以相同的频率、相同的振动方向发生振动，产生两列相同的波．

(2)现象：如图所示，在振动着的水面上，出现一条条从两个波源中间展开来的水面相对

的区域和振动

的区域．这两种区域的分布固定而且相互隔开．

2.波的干涉

频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终

，另一些区域的质点振动始终

，并且这两种区域互相间隔、

不变．这种稳定的叠加

1

现象(图样)叫做波的干涉．

3.波的干涉条件

产生干涉的一个必要条件是两列波的

必须相同．

(三)波的衍射现象

1.定义：波能够

障碍物继续传播的现象叫做波的衍射．

注意：(1)衍射是波特有的现象．

(2)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显而已．

(3)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似．

2.产生明显衍射现象的条件

当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长

，或

时，就能观察到明显的衍射现象．

三、名师解疑

(一)波的干涉

1.波的干涉条件

(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加．

(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相位差恒定．如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉图样．

(3)应该明确波的干涉条件中所指“振动加强的点到两波源的距离等于波长的整数倍”这一结论是有条件的，条件是：两波源的振动情况完全相同——即两波源的位置固定，振动方向相同，步调完全一致．

(4)振动加强的点始终在以振源的频率振动的，其振幅不变，但其位移随时间发生变化．

(5)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零．

(6)振动减弱的点的振动始终减弱，它位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波振幅之差．如果两列波的振幅相同，则振动减弱的点将总是处于静止的．

2.加强点和减弱点的位置

波源的振动步调一致、频率相同的甲、乙两列波在介质中相遇，发生干涉，形成稳定的干涉图样．设甲波的振幅为A1，乙波的振幅为A2，则

(1)在干涉区域内，振动加强点总是加强点，振动减弱点总是减弱点．但加强点的位移不总是最大，加强点在自己原来的平衡位置附近振动，振动的振幅为A＝A1＋A2；减弱点的位移不总是等于零，减弱点在自己原来的平衡位置附近振动，振动的振幅为A＝|A1－A2|. (2)若C点到两波源的距离之差Δs＝|CS1－CS2|＝nλ(n＝0,1,2…)，则C点为振动加强点；

2

λ若D点到两波源的距离之差Δs＝|DS1－DS2|＝(2n＋1)(n＝20,1,2…)，则D点为振动减弱点．

(3)振动加强点形成加强区，减弱点形成减弱区，加强区和减弱区相互间隔，形成如图2-5、6-2所示的图样，其中S1和S2为两个波源，实线代表加强区，虚线代表减弱区．

(二)波的衍射现象

1.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射现象．

凡能发生衍射现象的就是波．

波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异．缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小是波发生明显衍射的条件，不是波发生衍射的条件．

波长较长的波容易发生明显的衍射现象．

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后传播，就偏离了直线方向．因此波的直线传播只是在衍射现象不明显时的一种近似．

四、典型例题精讲

例1: 如图2-5、6-3所示是水波干涉的示意图，

S1、S2是两波源，A、D、B三点在一条直线上，两波源的频率相同，振幅相等，则下列说法正确的是

(

)．

A．A点一会儿在波峰，一会儿在波谷

B．A点始终在波峰

C．B点始终在波谷

D．经半个周期后，原来处于波峰的点将位于波谷，原来处于波谷的点将位于波峰

【变式1】

如图2-5、6-4所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷．此刻，M是波峰与波峰相遇点，下列说法中正确的是(

)．

A．该时刻质点O正处在平衡位置

B．P、N两质点始终处在平衡位置

C．随着时间的推移，质点M向O点处移动

D．从该时刻起，经过四分之一周期，质点M

到达平衡位置

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例2：在水波的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为

(

)．

A．10 cm

B．5 m

C．d≥5 cm

D．d≤1 cm

【变式2】

水波通过小孔发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，可以

(

)．

A．增大小孔尺寸，同时增大水波的频率

B．增大小孔尺寸，同时减小水波的频率

C．减小小孔尺寸，同时增大水波的频率

D．减小小孔尺寸，同时减小水波的频率

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