高二物理2.3 波的干涉和衍射鲁教版知识精讲.doc

高二物理2.3 波的干涉和衍射鲁教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： ξ2.3 波的干涉和衍射 1. 认识波的独立性 2. 会用波的叠加原理处理相关问题。 3. 通过实验、认识波的干涉现象和衍射现象 4. 认识发生明显衍射的条件，干涉发生的条件 ［学习过程］ 一. 波的叠加原理： 1. 波的独立性： 两列波相遇后，每列波仍像相遇前一样，保持各自原来的波形，继续向前传播。 2. 波的叠加原理： 在两列波的相遇区域，任何一个质点的位移都等于两列波分别引起的位移矢量和。 注：任意两列同种波都可叠加。 二. 波的干涉 1. 干涉现象： 两列波叠加时，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强和减弱的区域互相间隔的现象。（形成稳定的干涉图样） 2. 干涉条件 同一种类的、频率相同的两列波。 注：（1）波的干涉是波的叠加的特例。 （2）一般题目是振动步调一致，振幅相同的两列波发生干涉。 （3）在干涉区域，各质点形成新的振幅，加强区域振幅加大，减弱区域振幅减小（甚至为零），但各点的位移仍做周期性变化，能量依旧在传播。 3. 规律： 对于振动步调一致的两列波干涉时，波距两振源间距为， 则距离差为 当时，振幅为 时，振幅为 并发生过渡。 三. 波的衍射 1. 衍射现象：波传播过程中，偏离直线传播的方向而绕到障碍物或小孔的阴影区的现象。 2. 发生明显衍射的条件： 障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多。 注：（1）衍射无需条件 （2）波长越大，衍射越明显 例1. 如图中实线和虚线所示，振幅、周期、起振方向都相同的两列正弦波（都只有一个完整波形）沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段（一个周期内），试画出每隔T/4后的波形图。并分析相遇后T/2时刻叠加区域内各质点的运动情况。 精解：根据波的独立传播原理和叠加原理可作出每隔T/4后的波形图如图所示。 相遇后T/2时刻叠加区域内a、b、c、d、e各质点的位移都是零，但速度各不相同，其中a、c、e三质点速度最大，方向如图所示，而b、d两质点速度为零。这说明在叠加区域内，a、c、e三质点的振动是最强的，b、d两质点的振动是最弱的。 启示：在波叠加的区域内，各质点振动的叠加，不仅包括位移叠加，还包括振动速度和加速度的叠加。因此判断波的叠加区域内各质点的合振动情况时，应综合位移、速度、加速度的情况，才能准确判定。 例2. 如图所示，水面上有A、B两个振动情况完全相同的波源，在它们连线的中垂线上有a、b、c三个点，已知某时刻两列波峰在a点相遇，c点是离a最近的波谷相遇点，b是ac的中点，则以下正确的是（ ） A. a点是振动加强点，b点是振动减弱点 B. a点与c点是振动加强点，b点是振动减弱点 C. a点与c点此时刻是振动加强点，经过一段时间变为振动减弱点 D. a、b、c三点始终都是振动加强点 精解：a、b、c在两个波源连线的中垂线上，两列波传播到中垂线上各点时仍然保持同相，振动都是加强。波发生干涉时，加强区域和减弱区域的位置是确定的，即加强点始终加强，减弱点始终减弱。正确答案应为D。 启示：当两列相干波在空间叠加时，若波源振动的相位相同，则在波程差等于零或等于波长的整数倍的各点振幅为极大（干涉加强），在波程差等于半波长的奇数倍的各点振幅为极小（干涉减弱）。 复习 （一）简谐运动图象与机械波图象的对比表 简谐运动的振动图象 机械波的波动图象 图象 函数关系 一个质点做简谐运动时，它的位移x随时间t变化的关系 在某一时刻某一直线上各个质点的位移所形成的图线（横波） 坐标 横轴 一个质点振动的时间 各质点平衡位置距坐标原点的位置（距离） 纵轴 一个质点不同时刻相对平衡位置的位移 各质点同一时刻相对各自平衡位置的位移 形状 正弦函数和余弦函数的图象 由图象可直观得到的数据 周期T 振幅A 波长 振幅A 波峰及波谷的位置 图象上某一点的意义 在某时刻（横坐标）做简谐运动的物体相对平衡位置的位移（纵坐标） 在某时刻，距坐标原点的距离一定（横坐标）的质点的位移（纵坐标） （二）机械波常遇题目类型及解题常用方法 1. 由波的传播方向确定质点振动方向（或由质点振动方向确定波的传播方向）。 方法一：特殊点法。在质点P靠近波源一方附近的图象上找另一点P’，若P’在下方，则P向下运动。 方法二：微平移法。作出经微小时间后的波形，就知道了各质点经过到达的位置，运动方向就知道了。 方法三：走波法。沿着波的传播方向看去，图象“上波”段的质点均向下振动，而“下波”段的质点均向上振动，如下图所示。 方法四：同侧法、在波的图象中波的传播方向和质点振动方向位于波的图象同侧，如下图所示： v表示波的传播方向