人教版 (2019)选择性必修 第一册4 波的干涉教学演示课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册4 波的干涉教学演示课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了波的干涉，知识点一波的叠加，知识点二波的干涉，探究一波的叠加，答案AD，答案-6cm，探究二波的干涉，答案BCD，答案B，答案BD等内容，欢迎下载使用。
1.把两个石子在不同的地方投到平静的湖水中,就有两列水波在湖面上传播,两列水波相遇后有什么变化?
答案:水波相遇后彼此穿过.
2.交响乐队演奏时,空气中各种乐器产生的声波同时传播,人们却能分辨出有什么乐器在演奏,各种不同频率的波相遇后发生变化了吗?
答案:各种不同频率的波相遇后仍保持各自的运动特性(频率、波长、振幅和振动方向)不变,即没有发生变化.
1.敲击音叉使其发声,然后环绕音叉走一圈,为什么听到的声音忽强忽弱?
答案:这是声波的干涉现象.音叉的两臂振动频率相同,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,所以听到的声音忽强忽弱.
2.阅读教材第70页的演示实验“观察水波的干涉”,观察得到的水波的干涉图样,图样有怎样的特点?
答案:振动加强和振动减弱区域的位置是稳定不变的,加强区始终加强,减弱区始终减弱,加强区与减弱区互相间隔.
知识点三　干涉现象与衍射现象的比较
1.对比波的衍射和干涉图样,你能区分波的衍射与干涉吗?
2.波的衍射与干涉都是波所特有的现象,只要是波就一定能发生衍射和干涉吗?
答案:波的衍射总是存在的,只有“明显”与“不明显”的差异.平时所说的条件都是指发生明显的衍射现象的条件.而波发生干涉现象的条件是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同,不符合条件就不能发生干涉.
答案:波通过小孔或障碍物的情况,属于波的衍射现象,而两列波在传播过程中叠加属于波的干涉现象.
1.两列波相遇时频率不变,但波长叠加.( )2.两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样.( )3.在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同,是声波的干涉现象.( )4.两个人一起说话,不会发生干涉现象.( )5.干涉和衍射在任何情况下都能发生.( )
1.两列波相遇时,会不会像两个小球相碰时那样,各自的运动特征发生变化?
答案:不会.波在相遇时仍保持各自的运动特征,继续传播.
2.如图所示,沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等,当它们相遇时可能出现什么样的波形图?尝试着画出来.
答案:当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时,在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有的质点振动的合位移均为0,而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变,波形图如图甲所示.当两列波完全重叠在一起时,所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和,所有质点振动的位移加倍,波形图如图乙所示.
1.波的独立传播:几列波相遇时能够保持各自的运动特征,继续传播,各自的波长、频率等保持不变.2.波的叠加原理:在几列波重叠的区域里,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该点的位移的矢量和.3.注意:波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果,因为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.
【典例1】(多选)如图所示,两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-0.2 m和x=1.2 m处,两列波的波速均为v=0.4 m/s,两波源的振幅均为A=2 cm.下图为t=0时刻两列波的图像(传播方向如图所示),此刻平衡位置处于x=0.2 m和0.8 m的P、Q两质点刚开始振动.质点M的平衡位置处于x=0.5 m处,关于各质点运动情况的判断正确的是( )
A.质点P、Q都首先沿y轴负方向运动B.t=0.75 s时刻,质点P、Q都运动到M点C.t=1 s时刻,质点M的位移为+4 cmD.t=1 s时刻,质点M的位移为-4 cm
解析:根据“上下坡”法可以判断,质点P、Q都首先沿y轴负方向运动,选项A正确;两列波波速相等,经过 t=0.75 s,两列波传播的路程都为30 cm,但P、Q两质点并不沿x轴运动,选项B错误;t=1 s时刻,左边的波传到x=60 cm处,右边的波传到x=40 cm 处,M质点处于两波的波谷处,叠加后质点M的位移为-4 cm,选项C错误,选项D正确.
【变式】若两波源的振幅不同,沿x轴正方向传播的波的振幅为A=2 cm,沿x轴负方向传播的波的振幅为 A'=4 cm,则t=1 s时,质点M的位移为多少?
解析:t=1 s时刻,左边的波传到x=60 cm 处,右边的波传到x=40 cm处,M质点处于两波的波谷处,叠加后质点M的位移为-6 cm.
1.两列频率、振动方向、初相位均相同的波,在同一介质中传播时,某时刻t形成如图所示的图样(实线表示波峰,虚线表示波谷),在图中标有A、B、C三个点.
(1)请根据波的叠加原理判断A、B、C三点的振动情况.
答案:由图可知A点为波峰与波峰相遇的点,是振动加强点;B点是波谷与波谷相遇的点,是振动加强点;C点是波峰与波谷相遇的点,是振动减弱点.
(2)请根据波的叠加原理判断经过半个周期后这三点的振动情况.
答案:经过半个周期,A点为波谷与波谷相遇的点,是振动加强点;B点是波峰与波峰相遇的点,是振动加强点;C点是波谷与波峰相遇的点,是振动减弱点.
(3)你发现什么规律?
答案:振动加强点和振动减弱点的位置固定不变.
2.有人说在波的干涉图样中,振动加强点就是位移始终最大的点,减弱点就是位移始终为0的点,这种说法正确吗?
答案:这种说法不正确.干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅振动的点,某一瞬间振动位移可能是0.同理,减弱点是以两列波的振幅之差为振幅振动的点,它的位移不一定始终为0.
3.旋转一只敲响的音叉,听到的声音会时大时小,但两个人一起说话,旁边走动的人为什么感觉不到声音忽大忽小?
答案:音叉的两个臂完全相同,产生同频率、同振幅的声波,这两列波发生干涉,而两个人讲话的频率不可能相同且不断变化,所以不能发生干涉.
1.波的干涉:频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时,某些区域的振动总是加强,某些区域的振动总是减弱,这种现象叫作波的干涉,形成的图样叫作干涉图样.2.发生干涉的条件:频率相同、相位差恒定、振动方向相同.3.干涉现象是波的重要特征之一.
4.对干涉现象的理解(1)波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加.(2)稳定干涉图样的产生是有条件的,即两列同类的波,并且波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定.若两列波的频率不相等,在同一种介质中传播时其波长就不相等,则不能形成稳定的振动加强点和减弱点.因此,我们就看不到稳定的干涉图样.
5.干涉图样及其特点(1)波的干涉图样示意图.
(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.
(3)振动加强点和振动减弱点.①加强点:质点振动的振幅等于两列波的振幅之和,即 A=A1+A2.②减弱点:质点振动的振幅等于两列波的振幅之差,即 A=|A1-A2|.③加强点和减弱点的判断:若在某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇,则该点为加强点;若某点总是波峰与波谷相遇,则该点为减弱点.
【典例2】(多选)两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇,如图所示.图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示该时刻的波谷,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
解析:波的干涉示意图表示某一时刻两列相干波叠加的情况,形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着.但要注意,对稳定的干涉,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的.a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,a点和c点都是振动加强的点;而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,选项A正确.e点位于加强点的连线上,也为加强点,f点位于减弱点的连线上,也为减弱点,选项B错误.相干波叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,选项C错误.形成干涉图样的介质质点也在不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,选项D正确.
【变式】调整S1、S2振动的频率,如图所示,某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示.其各自的振幅均为A.
(1)两列波在相遇区域能否发生干涉?(2)此时B、C、D三点的位移分别为多少?
解析:(1)从图中可以看出,两列波波长不同,频率不同,不能发生干涉现象.(2)两列波叠加,任何一个质点的位移等于两列波单独传播时该质点的位移的矢量和.此时各点的位移是xB=-2A,xC=2A,xD=0.
答案:(1)不能　(2)-2A　2A　0
探究三　干涉现象与衍射现象的比较
1.利用发波水槽得到的水面波如图甲、乙所示,请判断两图中哪个是波的干涉现象,哪个是波的衍射现象.
答案:图甲是水波通过小孔的情况,属于波的衍射现象.图乙是两列波在传播过程中叠加形成的干涉图样,属于波的干涉现象.
答案:相同点:都是波所特有的现象.不同点:波产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物尺寸比波长小,或者与波长相差不多.实际上,在各种情况下,波的衍射现象都能发生,只是有明显和不明显的区别.波产生干涉现象的条件是两列波的频率相同、相位差恒定、振动方向相同.
2.波的干涉与衍射现象有哪些相同点与不同点?
干涉现象与衍射现象的比较
【典例3】如图所示,S是水面波的波源,xy是挡板,S1、S2是两个狭缝,波源到两狭缝的距离相同,狭缝的尺寸比波长小,试回答以下问题.
(1)若关闭S1,只打开S2,则会看到什么现象?(2)若S1、S2都打开,则会发生什么现象?(3)图中实线和虚线分别表示波峰和波谷,在A、B、C、D各点中,哪些点是振动加强点,哪些点是振动减弱点?
解析:(1)只打开S2时,波源S产生的波传播到狭缝S2时,由于狭缝的尺寸比波长小,水面波在狭缝S2处发生衍射现象,水面波以狭缝S2处为“波源”向挡板另一侧传播出去.(2)因为波源到两狭缝的距离相同,所以从波源发出的水面波传播到S1、S2处时,S1、S2处的质点振动情况完全相同,当S1、S2都打开时,产生相干波,它们在空间相遇时产生干涉现象,一些地方振动加强,一些地方振动减弱,加强区与减弱区相互间隔.
(3)点D是波峰与波峰相遇处,是振动加强点;点B是波谷与波谷相遇处,也是振动加强点.点A、C是波峰与波谷相遇的地方,这两点振动减弱.
答案:(1)水面波以狭缝S2处为“波源”向挡板另一侧传播出去,发生衍射现象.(2)发生干涉现象.(3)B、D点是振动加强点,A、C点是振动减弱点.
1.(多选)下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( )A.两列波相遇之后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强B.两列波相遇之后,两列波的振动情况与相遇前相同C.在相遇区域,任一点的总位移等于两列波分别在该点引起的位移的矢量和D.几个人在同一房间说话,相互间听得清楚,这说明声波在相遇时互不干扰
解析:两列波相遇时,每一列波引起的振动情况都保持不变,而质点的振动情况由两列波共同作用的结果决定,选项A错误,选项B、C正确.几个人在同一房间内说话,发出的声波在空间中相互叠加后,每列波的振幅和频率并不改变,所以声波传到人的耳朵后,仍能分辨出不同的人所说的话,选项D正确.
2.某时刻两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则( )
A.在两波相遇的区域中会发生干涉B.在两波相遇的区域中不会发生干涉C.P点的振动始终加强D.P点的振动始终减弱
解析:从题图中看出,两列波的波长不同,但同一介质中波速相等,根据v=λf知频率不同,所以在两波相遇的区域中不会发生干涉;因为不能发生干涉,所以虽然此时刻P点的振动加强,但不能始终加强,当然也不能始终减弱.选项B正确.
3.(多选)如图所示,实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷.此刻,M是波峰与波峰相遇点,下列说法正确的是( )
4.(多选)两列沿同一绳子相向传播的简谐横波在某时刻的波形图如图所示,虚线表示甲波,波速为v1,实线表示乙波,波速为v2,M为绳上x=0.2 m处的质点,则下列说法正确的是( )
A.加强的、加强的　　　　　B.减弱的、减弱的C.加强的、减弱的D.减弱的、加强的
2.波形图法在某时刻波的干涉的波形图上(如图,实线表示波峰,虚线表示波谷),波峰与波峰(或波谷与波谷)的交点,一定是振动加强点,而波峰与波谷的交点一定是振动减弱点,各振动加强点或振动
【典例】如图甲所示,在xOy平面内有两个沿z方向(垂直于纸面)做简谐运动的点波源S1(0,4 m)和S2(0,-2 m).两波源的振动图像分别如图乙和图丙所示.两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8 m,-2 m)的路程差为　　　　m,两列波引起点 B(4 m,1 m)处质点的振动　　　　(选填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5 m)处质点的振动　　　　(选填“加强”或“减弱”). 
【变式1】两列频率相同的相干水波在某时刻的叠加情况如图所示,图中的实线和虚线分别表示波峰和波谷,此时( )
(1)波的波长;(2)波的传播速度.