高二物理选修3-4 波的衍射与干涉.doc

高二物理选修3-4 波的衍射与干涉 【知识要点】 一、基本知识 项目 波的衍射 说明 概念 衍射是波离开直线传播的路径绕到障碍物后面去的现象 衍射现象是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象，只有“明显”与“不明显”的差异 产生明显衍射的条件 障碍物或小孔的尺寸比波长小或能与波长相比较 实例 隔墙有耳 项目 波的干涉 说明 概念 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强区域和减弱区域相互间隔的现象 干涉是波特有的现象。任何两列波都有叠加现象但满足一定条件才有稳定的叠加现象，而稳定的叠加现象才称为干涉 产生稳定干涉的条件 两列波的频率相同 振动情况相同 产生原因 波的叠加 规律 两列波在传播过程中的某些区域，若波峰与波峰相遇，或波谷与波谷相遇，则振动加强，振幅增大；若波峰与波谷相遇，则振动减弱，振幅减小。用公式表示： 设r1，r2分别表示研究的某点P到两波源的距离，则有： k=0，1，2…… 可见振动加强区域、减弱区位置是确定的,即振动加强点始终加强,减弱点始终减弱。 二、波的干涉图样的形成 有两列频率相等，波长相等的波f1=f2，，在传播过程中相遇。以实线表示波峰，虚线表示波谷，如图 讨论两个振源O1、O2连线中垂线上的点。例如P1，这是某个时刻两列波叠加的情况，P1点是波峰与波峰叠加，为振动加强点，振动方向向上。再例如P2点，它是波谷与波谷叠加，也为振动加强点，振动方向向下，振幅为两列波振幅的合。 再过，P1处，振源O1发出的波谷传至P1处，振源O2发出的波谷传至P1处，P1处为波谷与波谷叠加，为振动加强点。P2处，振源O1发出的波峰传至P2处，振源O2发出的波峰传至P2处，P2为波峰与波峰叠加，也为振动加强区，可见P1、 P2两点始终是振动加强点。 讨论P3、P4点，如图所示的时刻，P3为波谷与波峰叠加，P4为波峰与波谷叠加，都是振动减弱点。振幅为两列波振幅的差，若两列波振幅相等，则此时P3、P4合振幅为0，P3、P4处质点没有振动。同理可得再过时间，P3处为波峰与波谷叠加，P4处为波谷与波峰叠加，都是振动减弱的点。 另外，我们还可以从干涉图样上得出振动加强点、减弱点与两振源之间距离的规律。 相邻两个波峰或波谷之间的距离为，则相邻两实线（虚线）之间的距离就表示一个波长λ。 由图可得：①对振动加强点 例P1： 可得P1P2所在的直线（即O1、O2连线中垂线）上的点均满足这个规律，都是振动加强点，P1、P2所在的直线始终为振动加强区。 例P5：r1=2λ　　r2=λ 同理P5所在的直线也始终为振动加强区 多取几点，便可总结规律　　　k=0、1、2…… 满足该条件的点始终为振动加强点。 ②对振动减弱点 例P3： 例P6： 　　　 多取几点，便可总结规律：　　k=0、1、2…… 满足该条件的点始终为振动减弱点。 经分析可得振动加强区与减弱区总是相互间隔，对称分布，形成稳定的叠加图样，即干涉图样。 注意：干涉是一种特殊的叠加，任何两列波都可以进行叠加，但只有频率相同的波叠加，才有可能形成干涉。 三、学习波的干涉容易出现的误区 波的干涉是波特有的现象，也是今后学习光的干涉的基础，但教材中这部分内容抽象、复杂。容易出现以下误区。 误区一：不同频率的两列波也能产生干涉现象 波的干涉现象可以用波的叠加原理解释，很多同学混淆了波的叠加与波的干涉，认为只要两列波相遇，在重叠区域里都能相互叠加，介质质点的总位移都是等于两列波分别引起的位移矢量合，也就会出现干涉现象；甚至有同学认为“干涉”就是“干扰”，只要两列波相遇，都能相互干扰，因此不需要频率相同的条件。 实际上波的干涉是波的叠加中的特例，是指能形成稳定的干涉图样——某些质点的振动始终加强（振幅最大），某些质点的振动始终减弱（振幅最小），且加强点与减弱点是互相间隔的，而任何不同频率的两列波相遇都可以叠加，这只不过是一般的叠加现象，虽有振动加强点和振动减弱点。但这些点不是固定的，而是随时变化的，因此看不到稳定的干涉图样，也就不是波的干涉，所以，只有相同频率的波在相遇区域内叠加才能发生干涉现象。 误区二：振动加强的质点和振动减弱的质点交替出现 两列频率相同的波相遇，在重叠区域里出现波峰相遇的点，波谷与波谷相遇的点，这些点振动会加强；波峰与波谷相遇的点振动会减弱，而这种加强和减弱区域相互间隔，有许多同学不能认真阅读课本，草率认为：振动加强区域和振动减弱区域会交替出现。即一会儿振动加强，过一会儿振动减弱，甚至有同学认为位于波峰的是振动加强的质点，位于波谷的是振动减弱的质点，这种理解实际上是缺乏空间想象力，误认为某一点振动的波峰、波谷的交替出现，就是质点振动加强和减弱的交替出现。 实际上，所谓