《波的衍射和干涉》PPT課件

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1、思考與猜想在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的小球碰到障礙物時(shí)，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？若運(yùn)動(dòng)的小球碰到小孔呢？若兩小球相碰呢？波動(dòng)是一種非常特殊的運(yùn)動(dòng)形式，如果是正在傳遞的機(jī)械波，碰到了上述的三種情況，又會(huì)看到什么現(xiàn)象呢？五、波的衍射§12.4波的衍射和干涉生活現(xiàn)象海面上有大小不一的礁石，水波在傳遞過程中遇上它們時(shí)會(huì)有什么不同呢？1、定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。波的衍射(diffraction)實(shí)驗(yàn)研究1、當(dāng)水波的波長逐漸變大時(shí)，現(xiàn)象如下：2、當(dāng)擋板的小孔逐漸變小時(shí)，現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、窄縫

2、或障礙物的寬度與波長相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。2、窄縫或障礙物的寬度比波長大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯；3、窄縫或障礙物的寬度與波長相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)?zāi)M水波傳遞中遇到與波長差不多尺寸的小孔時(shí)：水波傳遞中通過小孔時(shí)，相當(dāng)于在小孔處衍生出一個(gè)新的與波源P類似的波源Q，稱為子波源。波源P衍生波源Q1、明顯衍射：指傳播能量的強(qiáng)弱及在障礙物陰影區(qū)中所形成的波的區(qū)域大小。2、有孔衍射：相當(dāng)于在小孔處形成一個(gè)新的波源——子波源，其頻率和波長與原波源相同。明顯衍射和有孔衍射1

3、、只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2、衍射的實(shí)質(zhì)：振動(dòng)的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件思考：衍射中真的是孔或障礙物的尺寸越小越好嗎？當(dāng)孔或障礙物的尺寸過小時(shí)，由于衍射到后方的能量較弱，故衍射現(xiàn)象仍不明顯。2、具體實(shí)例：1）聲波的衍射——隔墻有耳2）電磁波的衍射——收看電視波的衍射實(shí)例1、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射。但要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象需要滿足一定的條件，當(dāng)不滿足時(shí)，衍射現(xiàn)象雖然存在，但由于是不明顯

4、的衍射現(xiàn)象，不易被我們觀察到。1、能試著解讀“聞其聲不見其人”中所包含的物理知識(shí)嗎？2、在有些偏遠(yuǎn)的山區(qū)，收音機(jī)能收到清晰的聲音信號(hào)，而電視機(jī)信號(hào)卻不清晰，你能根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)給出一個(gè)合理的解釋嗎？思考與討論人耳所聽聲音頻率范圍：20Hz-20000Hz人耳所聽聲音波長范圍：17m-17mm人眼所能看到的可見光波長的范圍：400nm-700nm3、醫(yī)院中有一種“B超”儀器，常用來探測人體內(nèi)臟的位置及發(fā)現(xiàn)可能的病變，這種儀器為什么要使用超聲波而不用普通的聲波？思考與討論1）超聲波的頻率范圍為大于2

5、0000Hz，其相應(yīng)波長小于17mm；2）超聲波頻率高，故超聲波能量大，才容易穿透皮膚和組織；3）超聲波波長短，不易衍射，在一定距離內(nèi)沿直線傳播，方向性好，故所拍圖像清晰。池塘中兩水波相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？生活現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究兩個(gè)在繩中相向傳播的機(jī)械波相遇，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？結(jié)論：兩列波相遇時(shí)，位移發(fā)生合成變化；相遇后，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此之間沒有互相影響。1、相遇前2、相遇時(shí)刻3、相遇過程4、相遇后實(shí)驗(yàn)研究幾列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點(diǎn)（

6、或某一區(qū)域）相遇后，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不干擾，好象沒有遇到另一列波一樣。波的獨(dú)立傳播原理在幾列波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng)，每一質(zhì)點(diǎn)仍然是在各自的平衡位置附近做振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。波相遇時(shí)位移的特點(diǎn)幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。波的疊加原理生活中波的獨(dú)立傳播和

7、疊加開會(huì)時(shí)，大家討論的面紅耳赤，會(huì)議室內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個(gè)人的說話聲音。實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。1、定義：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。2、干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣波的干涉(interference)特征——振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域總是加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域總是

8、減弱。把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，就是振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，就是振動(dòng)減弱區(qū)，且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互間隔著出現(xiàn)的。波的干涉(interference)為什么兩列波相遇時(shí)能出現(xiàn)振動(dòng)始終加強(qiáng)的區(qū)域呢？如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移都是最大，等于這兩列波的振幅之和，因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈。思考與討論為什么兩列波相遇