高中物理《E 波的干涉、衍射》微课精讲+知识点+教案课件+习题
| 科学 | 全部课程 ↓ |
知识点：
视频教学：
练习：
1．(波的衍射)(多选)下列现象或事实属于衍射现象的是( )
A．风从窗户吹进来
B．雪堆积在背风的屋后
C．听到墙外人的说话声
D．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石头，小石头对波的传播没有影响
2．(波的干涉)(多选)在同一介质中两列频率相同、振动步调一致的横波互相叠加，则( )
A．波峰与波谷叠加的点振动一定是减弱的
B．振动最强的点经过14T后恰好回到平衡位置，因而该点的振动是先加强，后减弱
C．振动加强区和减弱区相间隔分布，且加强区和减弱区不随时间变化
D．加强区的质点某时刻位移可能是零
3．(发生明显衍射的条件)在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子其振动图象如图所示，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为( )
A．10 cm B．7 cm C．5 cm D．小于或等于1 cm
4．(波的衍射)如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图象，从图象可知( )
A．B侧波是衍射波 B．A侧波速与B侧波速相等
C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小 D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显
5．(发生明显衍射的条件)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，以下哪种情况一定能使衍射现象更明显( )
A．增大障碍物的尺寸，同时增大波的频率 B．增大障碍物的尺寸，同时减小波的频率
C．缩小障碍物的尺寸，同时增大波的频率 D．缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率
6. (波的叠加)两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波如图甲所示，在相遇的某一时刻如图乙所示两列波“消失”，此时图中a、b质点的振动方向是( )
A．a向上，b向下 B．a向下，b向上 C．a、b都静止 D．a、b都向上
7. (波的干涉)如图所示是两个完全相同的波源在介质中叠加而成的干涉的示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，则下列说法正确的是( )
A．A点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动减弱
B．B点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强
C．C点为振动加强点，经过半个周期，这一点振动仍加强
D．D点为振动减弱点，经过半个周期，这一点振动加强
8．(波的干涉)消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题。内燃机、通风机等在排放各种高速气流的过程中都产生噪声，干涉型消声器可用来减弱高速气流产生的噪声。干涉型消声器结构及气流运行如图所示，产生波长为λ的声波沿水平管道自左向右传播。当声波到达a处时，分成两束波，它们分别通过r1和r2的路程，再在b处相遇，即可达到减弱噪声的目的。若Δr＝r2－r1，则Δr等于( )
A．波长λ的整数倍 B．波长λ的奇数倍
C．半波长λ2的奇数倍 D．半波长λ2的偶数倍
9．(波的衍射和叠加)(多选)关于波的衍射和叠加，下列说法正确的是( )
A．衍射和干涉是机械波特有的现象
B．对同一列波，缝或孔、障碍物尺寸越小衍射现象越明显
C．两列波相遇时能够保持各自的状态互不干扰
D．如果这两列波的频率相同，那么这两列波会发生干涉
E．两列波重叠的区域里，任何一点的总位移都等于两列波分别引起的位移的矢量和
10. (波的衍射)(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，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)之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是 ( )
A．此时能明显地观察到波的衍射现象
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，能更明显地观察到衍射现象
E．如果将孔AB减小到很小，观察到的衍射现象将更加清晰
11．(波的衍射)在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到( )
A．声音变响，男声比女声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱
课件：
教案：
一、知识目标
1、知道波的叠加原理．
2、知道什么是波的干涉现象和干涉图样，知道干涉现象也是波所特有的现象．
3、知道什么是波的衍射现象，知道波发生衍射的条件，知道衍射是波特有的现象。
二、能力目标
提高学生从实验现象总结规律的能力。
三、德育目标
通过对干涉和衍射现象的学习，使学生学会从现象中发现规律的方法。
教学重点
1、波的干涉现象及其产生条件。
2、波的衍射现象、波能够产生明显衍射的条件。
教学难点
1、波的干涉现象及其产生条件。
2、产生明显衍射条件的教学。
教学方法
实验归纳法、电教法、讲练法
教学过程
(一)进行新课
一、波的干涉
1.波的叠加
教师：我们有这样的生活经验：将两块石子投到水面上的两个不同地方，会激起两列圆形水波。它们相遇时会互相穿过，各自保持圆形波继续前进，与一列水波单独传播时的情形完全一样，这两列水波互不干扰。
观察其他波动现象，同样可以发现在同一介质中传播的几列波相遇时，每一列波都能保持自身的频率、波长、振动方向和传播方向不发生变化，这叫做波的独立传播原理。
两个或几个运动着的物体相遇时，发生碰撞，结果它们原来的运动状态一定会发生改变。只有波相遇时会互相穿过，相遇后跟没有遇到其他波一样，能保持本身特性继续传播。
两列波相遇时是怎样互相穿过的呢？我们可以仔细观察下述实验。
【演示】在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，分别产生两个凸起状态1和2在绳上相向传播。
观察现象：两列波彼此穿过，继续传播。波形和传播情况跟相遇前一样。
［课件演示：波的干涉，演示波的叠加场景。］
对现象的解释：在介质中选一点P为研究对象，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波峰，则引起P点向上振动；同时，波源2的振动也传播到了P点，若恰好也是波峰，则也会引起P点向上振动；这时，P点的振动就是两个向上的振动的叠加，P点的振动被加强了。(当然，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波谷，则引起P点向下振动；同时，波源2的振动传播到了P点时，若恰好也是波谷，则也会引起P点向下振动；这时，P点的振动就是两个向下的振动的叠加，P点的振动还是被加强了。)用以上的分析，说明什么是振动被加强。
波源1经过半周期后，传播到P点的振动变为波谷，就会使P点的振动向下，但此时波源2传过来的振动不一定是波谷(因为两波源的周期可能不同)，所以，此时P点的振动可能被减弱，也可能是被加强的。(让学生来说明原因)
提问：如果希望P点的振动总能被加强，应有什么条件?
提问：如果在介质中有另一质点Q，希望Q点的振动总能被减弱，应有什么条件?
学生思考并回答：波源1和波源2的周期应相同。
教师总结：两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。
结论：在两列波重叠的区域里，任一时刻某一质点的位移，等于这两列波单独传播到该点时引起的位移的矢量和，这叫做波的叠加原理。这一原理对于一切波都是适用的。
2.波的干涉
教师：一般地说，振动频率、振动方向都不相同的几列波在介质中叠加时，情形是很复杂的。我们只讨论一种最简单的但却是最重要的情形，就是两个振动方向、振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。
【演示】在发波水槽实验装置中，振动着的金属薄片AB，使两个小球S1、S2同步地上下振动，由于小球S1、S2与槽中的水面保持接触，构成两个波源，水面就产生两列振动方向相同、频率也相同的波，这样的两列波相遇时产生的现象如课本图所示。课本图所示是从发波水槽上方拍摄的照片，从照片中可以清晰地看到，在振动着的水面上，出现了振动加强和振动减弱区域相互间隔分布的情况。
［课件演示：水波的干涉，观察实物图和立体图。］
为什么会产生这种现象呢？我们可以用波的叠加原理来解释。如图所示的是产生上述现象的示意图。S1和S2表示两列波的波源，它们所产生的波分别用两组同心圆表示，实线圆弧表示波峰中央，虚线圆弧表示波谷中央。某一时刻，如果介质中某点正处在这两列波的波峰中央相遇处 ，则该点(M点)的位移是正向最大值，等于两列波的振幅之和。经过半个周期，两列波各前进了半个波长的距离，M点就处在这两列波的波谷中央相遇处，该点(M点)的位移就是负向最大值。再经过半个周期，M点又处在两列波的波峰中央相遇处。这样，M点的振幅就等于两列波的振幅之和，所以M点的振动总是最强的。这些振动最强的点都分布在课本图 中画出的粗实线上。某一时刻，介质中另一点如果正处在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇处 ，该点位移等于两列波的振幅之差。经过半个周期，该点就处在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇处，再经过半个周期，该点又处在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇处。这样，该点振动的振幅就等于两列波的振幅之差，所以该点的振动总是最弱的。如果两列波的振幅相等，这一点的振幅就等于零。这就是为什么在某些区域水面呈现平静的原因。这些振动最弱的点都分布在课本 中画出的粗虚线上。可以看出，振动最强的区域和振动最弱的区域是相互间隔开的。
［课件演示：水波的干涉，观察示意图。］
总结：频率相同的波，叠加时形成某些区域的振动始终加强，另一些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。形成的图样叫做干涉图样。
只有两个频率相同的波源发出的波，叠加时才会获得稳定的干涉图样，这样的波源叫做相干波源，它们发出的波叫做相干波。
不仅水波，一切波都能发生干涉，干涉现象是一切波都具有的重要特征之一。
【演示】敲击音叉使其发声，然后转动音叉。引导学生观察现象。
现象：可以听到声音忽强忽弱。
解释：这是声波的干涉现象。音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱的现象。
二、波的衍射
1.实验探究
放录像：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播，好像它们并不存在。
教师：在水波的传播过程中，遇到小石、芦苇等障碍物时，为什么会绕过它们继续传播呢？本节课我们来学习这种现象。
教师总结并板书：
1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。
2.衍射有的时候不明显(例如刚才的现象二)，有的时候很明显(例如刚才的现象三)。
［演示实验］
1.放一个发波水槽。
2.让振动片振动，观察水面形成的波。
3.在水槽内放两块挡板，当中留一窄缝，观察水波通过窄缝后怎样传播。
4.改变挡板间窄缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化？
［学生描述看到的现象］
［教师总结］
通过以上现象可知：当波通过小孔时，也能产生衍射现象，且孔越小，衍射现象越明显。 板书：
波的传播过程中，波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，叫做波的衍射。
2.产生波的衍射的条件
教师做进一步讲解说明：
1.衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。
2.衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。
3.障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件。
4.一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象。
5.波传到小孔(或障碍物时)，小孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象。
6.当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。
(二)小结
(三)作业
图文来自网络，版权归原作者，如有不妥，告知即删