5. 波的干涉、衍射教学目标

《波的干涉和衍射》导学案

自主学习

一、波的衍射

1．定义：波可以___________继续传播的现象．

2．发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长_____时，才能观察到明显的衍射现象．

3．波的衍射的普遍性：______波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．

[想一想]1.“闻其声不见其人”是指的声波的哪种现象？

二、波的叠加

1．波的独立传播特性：两列波相遇后，每列波仍像相遇前一样，______各自原来的_____，继续向前传播，这就是波的独立性．

2．波的叠加：在两列波重叠的区域里，任何一个质点_____参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的_______．

[判一判]2.(1)两列波相遇后各自的振动特点会受到影响．(

) (2)在两列波重叠的区域里，任何一个质点的位移都等于原来位移的2倍．(

) 三、波的干涉

1．定义：_____相同的两列波叠加时，某些区域的振幅_____、某些区域的振幅_____的现象．

2．干涉图样：波的干涉中所形成的图样．

3．干涉条件：频率_____、相位差_____是两列波产生干涉的必要条件．

4．干涉的普遍性：______波都能够发生干涉，干涉是波特有的现象．

[判一判]3.(1)在操场上不同位置听到学校喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象．(

) (2)两列频率不同的水波不能发生波的干涉现象．(

) (3)不是所有的波都能发生干涉．(

) 要点探究

讲练互动

要点一

、波的衍射现象

1．关于衍射的条件

应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射，衍射只有“明显”与“不明显”之分．

2．关于明显衍射的条件

衍射是否明显是由孔或障碍物的尺寸d与波长λ共同决定的，比值dλ越小，衍射现象越明显．一般来说，波长越长的波越容易发生明显衍射．

3．波的衍射实质分析

波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．

特别提醒：(1)障碍物尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越长越易发生明显衍射现象．

(2)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

例1.如图是观察水面波的衍射的实验装置，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)之间距离表示一个波长．则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(

) A．此时能明显观察到波的衍射现象

B．挡板前后波纹间距离相等

C．如果将孔AB扩大，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，能更明显地观察到衍射现象

规律总结

使波产生明显衍射有两种措施：一是在波长不变的情况下改变障碍物或小孔的大小；二是在障碍物或小孔不变的情况下改变波长．

跟踪练习1．音箱装置布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻碍了声音的传播，造成了声音的失真．有的生产厂家就把布网安装上子母扣，这样听音乐时就可以将布网卸下来，从而获得真实的听觉效果，听同样的音乐时，不卸下布网跟卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是(

) A．高频成分

B．低频成分

C．中频成分

D．不能确定

要点二、对波的干涉现象的理解

1．波的叠加

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．波的干涉

(1)稳定干涉

稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定．如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样就不能形成稳定的振动加强点和减弱点．因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象．

(2)明显干涉

明显干涉图样和稳定干涉图样意义是不同的，明显干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明显．

3．关于加强点(区)和减弱点(区) (1)加强点

在某些点两列波引起的振动始终加强，质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和，A＝A1＋A2. (2)减弱点

在某些点两列波引起的振动始终相互削弱，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，

A＝|A1－A2|，若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零，水面保持平静．

4．加强点和减弱点的判定方法

(1)条件判断法

振动情况完全相同的两波源的波叠加时，加强、减弱条件如下：设点到两波源的距离差为Δx.若两波源振动步调相同，即相位差为零，当Δx＝2kλ2(k＝0,1,2，…)时为加强点；

当Δx＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)时为减弱点．

若两波源振动步调相反，即相位差为π，则上述结论相反．

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(2)现象判断法

若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点．若总是波峰与波谷相遇，则为减弱点．

5．干涉图样及其特征

(1)干涉图样：如图所示

(2)特征：①加强区和减弱区的位置固定不变．

②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)．

③加强区与减弱区互相间隔．

特别提醒：(1)要区分清楚波的叠加和波的干涉．

(2)对于加强点和减弱点，振动步调相同和振动步调相反的波源，所得结论也相反．

(3)振动加强点的位移并不是始终等于两列波的振幅之和．

例2.波源S1和S2的振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2 m，如图所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置．

规律总结

利用条件判断法时，要注意两波源是振动情况完全相同的，还是振动步调相反的，再根据某点与两波源距离差和波长的关系找振动加强点和减弱点．

跟踪练习2. 如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是(

) A．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，原来位于波谷的点将位于波峰

易错辨析——对波的干涉中加强点和减弱点的理解

[范例]

如图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．C点不振动

[真知灼见]

在波的干涉图样中振动加强的点最大位移为A1＋A2，最小位移为0，即处于平衡位置.如果A1＝A2，振动减弱的点的位移始终等于0.

课堂演练

1. 如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图象，从图象可知(

) A．B测波是衍射波

B．A侧波速与B侧波速相等

C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小

D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显源:学科网]

2．两列波在某区域相遇，下列说法中正确的是(

)[来源:学科网]

A．两列波相遇时能够保持各自的状态互不干涉

B．由于这两列波相遇时叠加，当它们分开时波的频率、振幅都会发生变化

C．如果这两列波叠加以后使某些区域振动加强，某些区域振动减弱，那么这两列波发生明显干涉

D．两列波重叠的区域里，任何一点的总位移都等于两列波分别引起的位移的矢量和

3．利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示，则(

) A．图甲、乙均显示了波的干涉现象

B．图甲、乙均显示了波的衍射现象

C．图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象[来源: D．图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象

4．如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷．设两列波的振幅均为5 cm，且在图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1 m/s和0.5 m．C点是BE连线的中点，下列说法正确的是(

) A．C、E两点都保持静止不动

B．图示时刻A、B两点的竖直高度差为20 cm C．图示时刻C点正处在平衡位置且向水面运动

D．从图示的时刻起经0.25 s后，E点通过的路程为20 cm 5.如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2，狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：

(1)若闭上S1，只打开S2，会看到什么现象？

(2)若S1、S2都打开，会发生什么现象？

(3)若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪些点向下振动最强，哪些点振动最弱？[来源:学科网ZXXK]

6．在图中，A、B是同一介质中两相干波源，其振幅均为A＝5 cm，频率均为f＝100 Hz，当A点为波峰时，B点恰好为波谷，波速v＝10 m/s，判断P点为振动加强点还是振动减弱点？

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