课时12.4 波的衍射和干涉
1.通过观察水波的衍射现象,认识衍射现象的特征。知道衍射现象是波特有的现象,知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。
2.了解波的叠加原理。通过实验认识波的干涉现象和波的干涉图样。 3.知道干涉现象是波所特有的现象。知道波发生干涉现象的必要条件。
重点难点:波的衍射的定义及发生明显衍射现象的条件;波的叠加原理、波的干涉现象、产生干涉的条件及有关计算。
教学建议:衍射和干涉是波特有的现象,也是学生后面学习光的衍射的基础。对于波的衍射,教学的关键仍在于实验的演示、观察和对实验现象的分析。为了有助于对实验现象的分析和研究,可以在观察真实现象的同时,利用课件进行模拟,以便于使学生对衍射留下更加清晰的印象。在波的干涉学习中,从波叠加的一般原理到满足相干条件下的干涉现象,学生对“波是振动形式的传播”的理解得到加深,其中波的相干条件是学习的难点。
导入新课:泰山佛光是岱顶奇观之一。每当云雾弥漫的清晨或傍晚,游人站在较高的山头上顺光而视,就可能看到缥缈的雾幕上,呈现出一个内蓝外红的彩色光环,这个光环将整个人影或头影映在里面,恰似佛像头上五彩斑斓的光环,故得名“佛光”或“宝光”。你能解释这种现象吗?
1.波的衍射
(1)定义:波可以①绕过障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。
(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②相差不多,或者比波长③更小时,才能发生明显的衍射现象。
(3)衍射是波特有的现象,故一切波均可发生衍射现象。“闻其声而不见其人”是④声波的衍射。
2.波的叠加
大量的事实和实验表明,几列波相遇时能保持各自的⑤运动特征继续传播,在它们重叠的区域里,介质中的质点同时参与这几列波的振动,质点的位移等于几列波单独传播时⑥引起的位移的矢量和,这就是波的叠加原理。
3.波的干涉
(1)定义:频率相同的两列波叠加时,某些区域的⑦振幅增大,某些区域的⑧振幅减小,这种现象叫作波的干涉。
(2)产生干涉的两个必要条件:一是两列波的⑨频率必须相同;二是两个波源的⑩相位差必须保持不变。
(3)干涉图样的特点:在加强区两列波引起的振动总是相互加强的,振幅等于两列波的振幅之和;在减弱区两列波引起的振动总是相互减弱的,振幅等于两列波的振幅之差。 (4)干涉是波特有的现象,声波、电磁波等一切波都能发生干涉。 1.教材波的衍射的演示中图12.4-1中甲、乙哪个图象衍射现象更明显? 解答:乙图象衍射现象更明显。
2.医院中探测仪器“B超”为什么用超声波而不用普通声波? 解答:超声波的波长短,不易发生衍射,故波能反射回来并被接收。 3.波的干涉的示意图中振动加强的区域就是波峰或波谷吗?
解答:振动加强的部分有波峰、波谷、平衡位置等,只是它们的振幅最大。
主题1:波的衍射
问题:(1)“闻其声而不见其人”是不是说明声波能发生衍射,而光不能发生衍射呢?
(2)做一做教材中关于衍射的“演示”实验,跟同学讨论一下,怎么才能让衍射现象更明显呢?
解答:(1)光是一种电磁波,与声波一样都能发生衍射现象,只是光的波长太小,衍射现象很不明显。
(2)缝或障碍物的尺寸一定时,可增大波长来使衍射现象更明显;波长一定时,可减小缝或障碍物的尺寸来使衍射现象更明显。
知识链接:衍射现象总是存在的,只是有明显和不明显的差异。
主题2:波的叠加
情景:做一做课本“演示”中波的叠加的实验,在一根水平绳两端分别同时抖动一下,形成一大一小两个相向运动的波形。
问题:(1)这两个波形在绳上传播的速率是否相等?你怎么确定的? (2)说说这两个波形相遇时和相遇后的情况。 (3)说说生活中你看到或认识到的其他波相遇的情况。 (4)两列波叠加时,质点的总位移是不是一定变大?
解答:(1)相等;两端同时抖动,看看两个波形是不是在绳子的中点相遇。 (2)两个波形相遇时,波形发生叠加,形成一个更高的波,此后又各自继续向前传播。
(3)生活中的水波、声波、光波相遇后都各自继续向前传播。
(4)不一定。总位移是两个位移的矢量和,所以叠加区域的质点的位移可能增大,也可能减小。两列同相波叠加,振动加强,振幅增大(如图甲所示);两列反相波叠加,振动减弱,振幅减小(如图乙所示)。
知识链接:波的叠加不需要条件,在两列波叠加时,质点的位移是每列波单独传播时引起的位移的矢量和。
主题3:波的干涉
情景:做一做课本“演示”中水波干涉的实验,并仔细观察课本中“波的干涉示意图”,回答下列问题。
问题:(1)你认为决定这个演示实验成功的关键因素是什么? (2)观察到的实验现象是怎样的?
(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些,实验中形成的两列波最好还具备哪一个相同的物理量?
(4)如图所示,音叉由两个完全相同的叉股组成,当我们用音锤敲一个叉股时,两个叉股都会振动,并发出声音。请拿一个音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,仔细听听声音的变化,说说听到的情况并做出解释。
解答:(1)两个波源固定在同一个振动片上,能够形成两列频率和振动方向都相同的水波。
(2)水面上出现了一条条相对平静的区域和振动激烈的区域,这两个区域在水面上的位置是稳定不变的,即形成波的干涉图样。
(3)为了让波的干涉实验效果更明显一些,两列波最好还具备相同的振幅。 (4)音叉敲一下后在耳旁缓慢转动,会听到忽强忽弱的声音,这是声音的干涉现象。两个完全相同的叉股发出的声音频率相同,音叉转动相当于人围绕音叉转,耳朵的位置时而处在振动加强的区域,时而处在振动减弱的区域。
知识链接:若两波源振动步调相同,某点到两波源的距离差为半波长的奇数倍时振动减弱,为半波长的偶数倍时振动加强。
1.(考查产生明显衍射现象的条件)以下关于波的衍射的说法中正确的是( )。
A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象 B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显
C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显
D.只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时,才会发生明显的衍射现象 【解析】凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象。
【答案】C
【点评】任何波都存在衍射现象,只是有明显和不明显的差异,缝或障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时,能发生明显的衍射现象。 2.(考查波的干涉现象)下列现象属于波的干涉现象的是( )。
A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音
B.将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音 C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音
D.一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音 【解析】A为声波的反射现象,B为声波的干涉现象,C为声波的衍射现象,D是因为声波通过空气和钢管传播的速度不一样造成的,所以选项B正确。
【答案】B
【点评】干涉现象是振动加强与振动减弱的区域互相间隔且分布稳定的现象。
3.(考查波的干涉特征)两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,以下关于干涉的说法中不正确的是( )。 ．．．
A.两列波的频率一定相等
B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的 C.振动加强区与振动减弱区交替变化 D.振动加强区在空间的位置一直不变
【解析】发生干涉现象时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的区域总是加强,减弱的区域总是减弱,故C选项说法是不正确的。
【答案】C
【点评】波的干涉现象中,振动加强区与振动减弱区的分布是稳定的。
人教版选修3-4 12.4 波的衍射和干涉 教案 word版含答案
