波的干涉和衍射.ppt

§2.3 波的干涉和衍射波的干涉和衍射生活中的物理现象生活中的物理现象实例实例1.1.在水塘里，微风激起的水波遇到突出在水塘里，微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇，会水面的小石子、芦苇，会绕过绕过它们继续传播，它们继续传播，它们继续传播，它们继续传播，好象它们并不存在好象它们并不存在好象它们并不存在好象它们并不存在 实例实例3.3.一叶障目不见一叶障目不见泰山泰山 光的光的光的光的 ““““ 转弯转弯转弯转弯 ”””” 现现现现象却很难被观察到象却很难被观察到象却很难被观察到象却很难被观察到实例实例2.2.闻其声不见其人闻其声不见其人声声 波波 “绕绕弯弯”生活中的物理现象生活中的物理现象１．现象：波可以绕过障碍物或通过小１．现象：波可以绕过障碍物或通过小孔继续传播的现象叫做波的衍射．孔继续传播的现象叫做波的衍射．一、波的衍射一、波的衍射1.一切波都能发生衍射2.衍射是波特有的现象说明：说明：波波 可可 “绕绕 弯弯”小孔小孔小孔小孔小小小小 孔孔孔孔进一步研究证明：当障碍物或狭缝的进一步研究证明：当障碍物或狭缝的尺寸比尺寸比波长小或波长小或跟跟波长相差不多波长相差不多时，衍射现象十分时，衍射现象十分明显明显. .二、什么条件下会发生明显衍射现象？二、什么条件下会发生明显衍射现象？障碍物尺寸较小，障碍物尺寸较小，障碍物尺寸较小，障碍物尺寸较小，几乎无阻挡几乎无阻挡几乎无阻挡几乎无阻挡“ “绕弯绕弯绕弯绕弯” ”明显明显明显明显尺寸较大，尺寸较大，尺寸较大，尺寸较大， “ “绕弯绕弯绕弯绕弯” ”不明显不明显不明显不明显孔的尺寸较小孔的尺寸较小孔的尺寸较小孔的尺寸较小“ “绕弯绕弯绕弯绕弯” ”明显明显明显明显尺寸较大尺寸较大尺寸较大尺寸较大“ “绕绕绕绕弯弯弯弯” ”不明显不明显不明显不明显演演 示示 在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水在水槽里放两块挡板，中间留有一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。

波通过狭缝后的传播情况 保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化的传播情况有什么变化““闻其声而不见其闻其声而不见其人人””““ 一叶障目一叶障目, , 不见不见泰山泰山 ””butbut已知声波的波长范围是已知声波的波长范围是已知声波的波长范围是已知声波的波长范围是1.7cm1.7cm到到到到17m17m，而可见光的波，而可见光的波，而可见光的波，而可见光的波长范围在长范围在长范围在长范围在0.4μm0.4μm到到到到0.8μm0.8μm三、你现在能予以解释吗三、你现在能予以解释吗? ?ABD1 1、下列关于波的衍射说法正确的是（、下列关于波的衍射说法正确的是（ ））A A、衍射是一切波特有的现象、衍射是一切波特有的现象B B、对同一列波，缝、孔或障碍物越小，、对同一列波，缝、孔或障碍物越小， 衍射现象越明显衍射现象越明显C C、只有横波才能发生衍射现象，纵波不、只有横波才能发生衍射现象，纵波不 能发生衍射现象能发生衍射现象D D、声波容易发生衍射现象，由于声波波、声波容易发生衍射现象，由于声波波 长较大长较大课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习2 2、水波通过小孔，发生一定程度的衍射，、水波通过小孔，发生一定程度的衍射，为使衍射现象更不明显，可以（为使衍射现象更不明显，可以（ ））A A、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率、增大小孔尺寸，同时增大水波的频率B B、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率、增大小孔尺寸，同时减小水波的频率C C、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率、缩小小孔尺寸，同时增大水波的频率D D、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率、缩小小孔尺寸，同时减小水波的频率A课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习3 3、下列关于波的衍射图象正确的是（、下列关于波的衍射图象正确的是（ ））BC注意注意: :有孔衍射的子波源在小孔处有孔衍射的子波源在小孔处课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习4 4、如图所示，、如图所示，S S为波源，为波源，MNMN为两块挡板，其为两块挡板，其中中M M固定，固定，N N板可上下移动，两板中间有一块板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得缝，此时测得A A点没有发生振动，为了使点没有发生振动，为了使A A点点能振动起来，可采取的方法是（能振动起来，可采取的方法是（ ））A A、增大波源的频率、增大波源的频率B B、减小波源的频率、减小波源的频率C C、将、将N N板上移一些板上移一些D D、将、将N N板下移一些板下移一些BC课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习两列波相向运行，两列波相向运行，相遇时会不会像两相遇时会不会像两个球相遇那样改变个球相遇那样改变它们原来的运动状它们原来的运动状态呢？态呢？想想想？？一一不会视频 结论：两列波相遇时，位移发生变化；相遇后，结论：两列波相遇时，位移发生变化；相遇后，结论：两列波相遇时，位移发生变化；相遇后，结论：两列波相遇时，位移发生变化；相遇后，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，都保持各自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响。

自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响自的运动状态继续传播，彼此之间没有互相影响1 1、相遇前、相遇前、相遇前、相遇前2 2、相遇时刻、相遇时刻、相遇时刻、相遇时刻3 3、相遇过程、相遇过程、相遇过程、相遇过程4 4、相遇后、相遇后、相遇后、相遇后实验研究实验研究实验研究实验研究 波在相遇时仍然能够保持各自的运动状态波在相遇时仍然能够保持各自的运动状态继续传播，相遇的波一旦脱离接触又会按照继续传播，相遇的波一旦脱离接触又会按照原来的运动状态继续传播原来的运动状态继续传播波的独立传播特性波的独立传播特性波的独立传播特性波的独立传播特性 在相遇的区域里，介质中的质点同时参与这几列在相遇的区域里，介质中的质点同时参与这几列在相遇的区域里，介质中的质点同时参与这几列在相遇的区域里，介质中的质点同时参与这几列波所产生的振动，每个质点仍然是在各自的平衡位置波所产生的振动，每个质点仍然是在各自的平衡位置波所产生的振动，每个质点仍然是在各自的平衡位置波所产生的振动，每个质点仍然是在各自的平衡位置附近振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时附近振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时附近振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时附近振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。

引起的位移的矢量和引起的位移的矢量和引起的位移的矢量和 波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理波的叠加原理 两列频率相同的波相遇时，在它们相遇的两列频率相同的波相遇时，在它们相遇的区域会发生什么现象呢？区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现我们先观察下面的现象想一想想一想振动加强振动加强振动加强振动加强振动加强振动加强振动加强振动加强振动减弱振动减弱振动减弱振动减弱振动减弱振动减弱由此可知：由此可知： 两列波相遇后，在水面上出现了两列波相遇后，在水面上出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开而且相互隔开1 1 1 1、定义：、定义：、定义：、定义： 频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。

振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉 2 2 2 2、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样、干涉图样：由波的干涉所形成的图样波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉(interference)(interference)x10tx20tx0tPP点振动最强（振幅为点振动最强（振幅为A1＋＋A2））3.干涉的解释干涉的解释•如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的振幅最大，等于两列波的振幅之和；时，质点的振幅最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈质点的振动最激烈. .x10tx20tx0tQＱＱ点振动最弱（振幅为｜点振动最弱（振幅为｜A1－－A2｜）｜）x10tx20tx0tQＱＱ点不振动（振幅为零）点不振动（振幅为零）•如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静．零，水面保持平静． （（1）加强点）加强点波峰与波峰或波谷与波谷相遇；波峰与波峰或波谷与波谷相遇；加强点与两个波源的距离差：加强点与两个波源的距离差：△△r=r2-r1=kλ（（k=0，，±1，，±2，，±3……））（（2）减弱点）减弱点波峰与波谷相遇；波峰与波谷相遇；减弱点与两个波源的距离差：减弱点与两个波源的距离差：△△r=r2-r1=(2k+1)λ/2 （（k=0，，±1，，±2，，3……））加强点和减弱点满足的条件：加强点和减弱点满足的条件：的的s1s2r1r2的p•把把相相应应的的振振动动最最激激烈烈的的质质点点连连起起来来，，为为振振动动加加强强区区；；相相应应的的振振动动最最不不激激烈烈或或静静止止的的质质点点连连起起来来，，为为振振动动减减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的．弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的． 注意注意：：（（1）振动加强的区）振动加强的区域振动始终加强，振域振动始终加强，振动减弱的区域振动始动减弱的区域振动始终减弱．终减弱．（（2）振动加强（减）振动加强（减弱）的区域是指质点弱）的区域是指质点的振幅大（小），而的振幅大（小），而不是指振动的位移大不是指振动的位移大（小），因为位移是（小），因为位移是在时刻变化的．在时刻变化的．同一条双曲线上各点都是加强点或减弱点同一条双曲线上各点都是加强点或减弱点.波的干涉图样波的干涉图样波波的的干干涉涉示示意意图图。

白白实实线线表表示示波波峰峰所所在在位位置置，，白白虚虚线线表示波谷所在位置表示波谷所在位置3、产生干涉的条件、产生干涉的条件•两两列列波波相相遇遇叠叠加加不不一一定定能能得得到到稳稳定定的的干干涉涉图图样样．．而而要要产产生生稳稳定定的的干干涉涉现现象象形形成成稳稳定定的的干干涉图样，则需要满足一定的条件．涉图样，则需要满足一定的条件．• 产生干涉的条件：两列波的频率必须相同．产生干涉的条件：两列波的频率必须相同． •4、、一一切切波波（（只只要要满满足足条条件件））都都能能发发生生干干涉涉现现象象，，干干涉涉和和衍衍射射一一样样都都是是波波特特有有的的现现象象．． 1.关于两列波的干涉现象，下列说法中正确的是关于两列波的干涉现象，下列说法中正确的是（（ ））A.任意两列波都能产生干涉现象任意两列波都能产生干涉现象B.发生干涉现象的两列波，它们的频率一定相同发生干涉现象的两列波，它们的频率一定相同C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷在振动减弱的区域，各质点都处于波谷D.在振动加强的区域，有时质点的位移等于零在振动加强的区域，有时质点的位移等于零练习：练习：答案：答案：BD2.下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ））A.两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠区域发生叠加只在重叠区域发生叠加B.两列波叠加区域的任何介质质点的实际位两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移是两列波单独引起位移的矢量和移是两列波单独引起位移的矢量和C.两列波相遇时两列波相遇时,一列波对另一列的影响叫干一列波对另一列的影响叫干涉涉D.干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的波源振动产生的波可能发生干涉象同的波源振动产生的波可能发生干涉象ABCD3. 两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，P点处恰好两列波的波峰相遇，点处恰好两列波的波峰相遇，Q点处两列波的波谷相点处两列波的波谷相遇，则（遇，则（ ））A．．P点的振幅最大，点的振幅最大，Q点的振幅最小点的振幅最小B．．P Q两点的振幅都是原两列波的振幅之和两点的振幅都是原两列波的振幅之和C．．P Q两点的振动周期同两点的振动周期同D．．P Q两点始终处在最大位移处和最小位移处两点始终处在最大位移处和最小位移处BC4.如如图图所所示示，，S1、、S2是是两两个个频频率率相相等等的的波波源源，，它它们们在在同同一一种种介介质质中中传传播播，，以以S1、、S2为为圆圆心心的的两两组组同同心心圆圆弧弧分分别别表表示示同同一一时时刻刻两两列列波波的的波波峰峰（（实实线线））和和波波谷谷（（虚虚线线））则则以以下下说说法法正正确确的的是是：：（（ ））A．质点．质点A是振动加强点是振动加强点B．质点．质点D是振动减弱点是振动减弱点C．再过半周期，质点．再过半周期，质点B、、C是振动加强是振动加强D．质点．质点A始终处于最大位移始终处于最大位移 A A 5.两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样则两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样则…………………………………………（（ ））A.振动加强的质点，始终处于最大位移处振动加强的质点，始终处于最大位移处B.振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移的质点的位移C.波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强D.波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱BCD6.如图所示，是水波干涉示意图，如图所示，是水波干涉示意图，S1、、S2是两波是两波源，源，A、、D、、B三点在一条直线上，两波波源三点在一条直线上，两波波源频率相同，振幅等大，就图中标出的各点，回频率相同，振幅等大，就图中标出的各点，回答振动加强点是答振动加强点是 ，振动减弱点是，振动减弱点是 （图中实线表示波峰，虚线表示波谷）。

图中实线表示波峰，虚线表示波谷）AS1S2BDCEADBCE7、、如如图图所所示示两两个个频频率率与与相相位位、、振振幅幅均均相相同同的的波波的的干干涉涉图图样样中中，，实实线线表表示示波波峰峰，，虚虚线线表表示示波波谷谷，，对对叠叠加加的的结果正确的描述是结果正确的描述是 ( )A．在．在A点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰点出现波峰后，经过半个周期该点还是波峰B．．B点在干涉过程中振幅始终为零点在干涉过程中振幅始终为零C．．两波在两波在B点路程差是波长的整数倍点路程差是波长的整数倍D．当．当C点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰点为波谷时，经过一个周期此点出现波峰BS1S2ABDC8 8、如图所示，、如图所示，A A、、B B为两个完全相同的相干为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在波源，它们产生的两列波在ABAB连线的中垂连线的中垂线上的线上的P P点相遇时，则（点相遇时，则（ ））A A、、P P点振动始终加强点振动始终加强B B、、P P点振动有时加强，有时减弱点振动有时加强，有时减弱C C、、P P点位移始终等于振幅点位移始终等于振幅D D、、P P点位移有时为零点位移有时为零ADAD波波的的干干涉涉1.概念概念: :频率相同的两列波叠加，使某些频率相同的两列波叠加，使某些 区域的振动加强、某些区域的振动减区域的振动加强、某些区域的振动减 弱，并且振动加强和振动减弱的区域弱，并且振动加强和振动减弱的区域 互相间隔，这种现象叫波的干涉互相间隔，这种现象叫波的干涉. . 2.2.干涉条件干涉条件: :两列波的频率和振动方向相同两列波的频率和振动方向相同 3.注意注意:发生干涉时，加强区域和减弱区发生干涉时，加强区域和减弱区 域的位置是确定的，即加强点始终加域的位置是确定的，即加强点始终加 强，减弱点始终减弱强，减弱点始终减弱. .不论是加强区还不论是加强区还 是减弱区各质点都做与波源相同的振是减弱区各质点都做与波源相同的振 动，各质点的位移是周期性变化的动，各质点的位移是周期性变化的. .小结：小结：。