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主题2第Ⅱ部分机械波4波的衍射和干涉学科素养与目标要求物理观念：1.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.2.理解波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果.3.知道形成稳定干涉图样的条件.科学思维：掌握波的干涉图样的特点，会寻找振动加强点、减弱点.科学探究：通过水波的衍射、干涉实验，了解衍射、干涉现象，知道其特点和发生的条件.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双基强化落实自主预习一、波的衍射1.定义：波可以继续传播的现象.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，或者比波长时，才能观察到明显的衍射现象.3.波的衍射的普遍性：一切波都能发生，是波特有的现象.绕过障碍物更小相差不多衍射衍射二、波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的.矢量和同时三、波的干涉1.定义的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象.2.稳定干涉条件(1)两列波的必须相同.(2)两个波源的必须保持不变.3.干涉的普遍性一切波都能够发生干涉，干涉是现象.频率相同频率相位差波所特有的即学即用1.判断下列说法的正误.(1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象.()(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象.()(3)只有频率相同的两列波才可以叠加.()(4)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷.()×√××2.两个频率、振动方向、初始相位均相同的波源S1、S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强的点是______，振动减弱的点是___.图1A、BC解析方法一由题图可以知道，A点距波源S1、S2的距离均为1.5λ，即x1＝1.5λ，x2＝1.5λ，故A到S1、S2的距离差Δx＝x1－x2＝0；B点距S1的距离为x1＝λ，距S2的距离为x2＝2λ，故B到S1、S2的距离差Δx＝λ；C点距S1的距离为x1＝2λ，距S2的距离为x2＝1.5λ，故C到两波源S1、S2的距离差为Δx＝x1－x2＝0.5λ.因为两波源的振动情况完全相同，所以A、B点均为振动加强点，C点为振动减弱点.方法二由题图可知A点为波峰与波峰相遇，是振动加强点；B点是波谷与波谷相遇，是振动加强点；C点是波峰与波谷相遇，是振动减弱点.重点探究一、波的衍射导学探究如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题：(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？答案水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显.(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？答案当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播.知识深化1.波的衍射：波绕过障碍物或小孔继续传播的现象.2.关于波的衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件.3.波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.例1(多选)如图2所示是观察水波衍射的实验装置.AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源.图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是A.此时能观察到波明显的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象√图2√√针对训练如图3所示，在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O，某人从A点走到墙后的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，则会听到A.声音变响，男声比女声更响B.声音变响，女声比男声更响C.声音变弱，男声比女声更弱D.声音变弱，女声比男声更弱解析由题意可知，某人从题图中A点走到墙后的B点，能听到声音，是由于波的衍射现象，但强度变弱.由于男声的频率低于女声的频率，在同一介质中声音的传播速度相同，则男声的波长比女声的波长长，更容易发生衍射.故A、B、C错误，D正确.√图3二、波的叠加导学探究(1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？答案两列波相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另一列波的影响.(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？答案相同，没有受到其他乐器的影响.知识深化1.波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响.2.波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.例2(多选)如图4所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，且f1f2，P为两个波源连线的中点.已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定.下列说法正确的是A.两列波比较，a波将先到达P点B.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2C.b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D.两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧√图4√三、波的干涉导学探究如图所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？答案在水面上出现一条条从两个波源中间伸展开的相对平静的区域和剧烈振动的区域.改变其中一个小球振动的快慢，这种现象将消失.知识深化1.波的干涉现象：两列波叠加时，某些区域振动加强，某些区域振动减弱的现象.2.发生干涉的条件：(1)两列波的频率相同；(2)相位差恒定.3.产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显.4.干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图5所示.图5(2)特点①加强区和减弱区的位置固定不变.②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化).③加强区与减弱区互相间隔.5.振动加强点和振动减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断①条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两列波叠加时，设点到两波源的路程差为Δx，当Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0，1，2，…)时为振动加强点；当Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)时为振动减弱点.若两波源振动步调相反，则上述结论相反.②现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点.(4)振动加强的点和振动减弱的点始终保持与波源同频率振动，其振幅不变(振动减弱点的振幅可能为零)，其位移随时间变化(处于振动减弱点且两列波的合振幅为零的情况除外).λ2例3如图6所示，S1、S2是两个振动完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷.若两列波的振幅均保持5cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是A.d点始终保持静止不动B.图示时刻c点的位移为零C.b点振动始终加强，c点振动始终减弱D.图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10cmE.a点振动介于加强点和减弱点之间√图6例4(2017·全国卷Ⅰ)如图7(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0，4)和S2(0，－2).两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示.两列波的波速均为1.00m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为___m，两列波引起的点B(4，1)处质点的振动相互______(填“加强”或“减弱”)，点C(0，0.5)处质点的振动相互______(填“加强”或“减弱”).图72减弱加强[学科素养]本题通过条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点，一定要注意两波源的振动情况是相同还是相反.在这个过程中，提高了学生获取和处理信息的能力，体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.达标检测1.(波的衍射)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是A.增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B.增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C.缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D.缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率解析波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更明显，D选项正确.√12342.(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图8所示，图中小方格的边长为0.1m.则不同时刻的波形正确的是图8√√√12343.(波的干涉)(多选)图9表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇.图中实线表示波峰，虚线表示波谷，a、c、e共线，b、d、f共线，下列说法正确的是A.a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C.经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D.经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰√图91234√4.(波的干涉)(多选)如图10所示为甲、乙两列简谐横波在同一绳上传播时某时刻的波形图，甲波向右传播，乙波向左传播.质点M位于x＝0.2m处，则下列说法正确的是A.这两列波会发生干涉现象B.M点是振动加强点，所以其位移总是最大C.此时M点位移为零，故M点是振动减弱点D.由图示时刻开始，再经过甲波周期，M点将位于波谷E.M点将做振幅为30cm的简谐振动图10√√√141234课时对点练一、选择题考点一波的衍射1.(多选)以下说法中正确的是A.波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B.要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C.波长越长的波，越容易发生明显的衍射现象D.只有波才有衍射现象√解析衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时，才会观察到明显的衍射现象，选项C、D正确.√123456789101112132.(多选)如图1所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有A.假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长