3.3 波的干涉和衍射 课件 高一物理鲁科版（2019）选择性必修第一册.pptxVIP

让两个接入同一信号源的扬声器同时播放某一频率的正弦波信号，你会发现在某些位置听到的声音强，而在某些位置听到的声音弱。

1.波的叠加原理

几列在水面上传播的波相遇时，波形会发生变化

有时几乎很难辨别出它们原来的形态。然而，这些波一旦脱离接触，又会恢复原来的形态。

波的叠加的演示如图3-28所示，两位同学分别握着长绳的一端上下抖动，使长绳产生两列相向传播的波。仔细观察两列波相遇时和相遇后各自的运动。

由实验可看出，两列波相遇时，波形会发生变化;相遇后，这两列波又保持原来各自的形态继续传播(图3-29)。

大量研究表明，几列波在介质中传播，相遇后仍能保持各自原有的运动特征(波长、频率、振幅等)不变并继续传播，就像没有与其他波相遇过一样。在相遇的区域里，介质中的质点同时参加相遇的波列的振动，质点的位移等于相遇波列单独存在时在该处引起的位移的矢量和，这在物理学中称为波的叠加原理。

2.波的干涉现象

水波的干涉现象图3-30是一个水波槽，在振动棒上固定两个小球，让小球刚刚接触到水波槽内的水面。当振动棒带动两个小球振动时，会产生振动方向、振动频率都相同的两列水波。观察这两列波叠加时的现象。

由上面的实验可得到波的叠加图样:

在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间扩散开的相对平静的区域和剧烈振动的区域，这两种区域相互间隔，并且出现的位置是固定的。我们把振动频率和振动方问相同的两列波看加后，振动加强和振动减弱的区域互相间隔、稳定分布的现象，称为波的干涉，形成的图样称为涉图样。

图3-32为某时刻两列水波相遇时的干涉示意图，图中S1、S2,为两个频率和振动方向相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷。

图中红点处表示两列波的波峰与波峰相叠加绿点处表示波谷与波谷相叠加这些位置的振动都得到加强

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图中画“×”处是一列波的波峰与另一列波的波谷相叠加，该处质点的振动减弱，并且始终是减弱的，这些点就形成了振动减弱区。

这样，就形成振动加强区与振动减弱区相间隔存在的稳定的干涉图样。只有频率相同、振动方向相同的波才可能发生干涉现象。水波、声波、电磁波等都能产生干涉，干涉现象是波的重要特征之一。

两个接入同一信号源的扬声器同时播放某一频率的正弦波信号时，在某些位置听到的声音强，而在某些位置听到的声音弱。你现在能解释这个现象了吗？

仔细观察图3-32会发现，到两波源的距离之差等于波长整数倍的点，振动都加强;而到两波源的距离之差等于半波长奇数倍的点，振动都减弱。这是为什么呢?你能否写出振动加强(减弱)的质点到两波源的距离之差与波长的关系表达式?

驻波两个能产生干涉的波源发出振幅相同的两列波，在同一直线上沿相反方向传播，由于叠加而形成的波称为驻波。驻波上有些点始终不振动，称为波节;有些点振幅最大，称为波腹(图3-33)。

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3.波的衍射现象

向平静的水面投一块小石子，水面会形成一圈圈美丽的波纹。这些波纹遇到露出水面的石块会产生怎样的现象呢?

如果石块较大，水波会被反射回来;如果石块较小，水波会绕过石块继续向前传播，好像石块并不存在一样。

图3-34为水波通过蓄水池入口时产生衍射的情景。水波通过桥洞时发生衍射，会绕过桥墩继续向前传播。

水波的衍射现象如图3-35所示，在水波槽中放入两块挡板，挡板间留一狭缝，调节挡板位置，可改变狭缝宽度。现产生持续的平面波，且波长保持不变，观察下列两种情况下水波通过狭缝时的实验现象。

(1)调节狭缝的宽度，使其远大于水波的波长(2)调节狭缝的宽度，使其接近水波的波长

图3-36呈现的是同一波长的水波经过不同宽度狭缝时的现象。

当狭缝的宽度远大于水波的波长，无明显的衍射现象

当狭缝的宽度接近水波的波长时水波通过狭缝后成为近似于点波源发出的波，衍射现象更加明显。

进一步实验证明，当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。衍射是波特有的现象。不仅水波能产生衍射现象，一切波都能产生衍射现象。

“闻其声而不见其人”的现象就与声波的衍射有关。人耳听到的声音频率范围是20-20000Hz对应的声波波长为17-0.017m，与一般障碍物的尺寸相当，因此声波可绕过一般障碍物传播到障碍物另一侧。

1.拍摄干涉困样照片时，照片显示的干涉困样中的振动加强区与振动减弱区是否与拍摄时间无关?

2.观察水波衍射的实验装置示意困如图所示:AC和BD是两块挡板，两板间有-狭缝AB，O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，如何使衍射现象更明显?为什么?

3.如图所示，两列相同的波沿一直线相向传播。当它们相遏时，波形可能是下列四种波形图中的

4.两波源S1、S2,在水波槽中形成的波形示意图如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。波源S1形成的波的波