009 第十二章 第4节 《波的衍射和干涉》导学案

第十二章 第4节 《波的衍射和干涉》导学案

第1课时 波的衍射

编写人：周博凯 审核人： 高二物理组 编写时间：2015-3-26

班级： 组号： 姓名： 教师评价： 【学习目标】

1．通过观察水波的衍射现象，认识衍射现象的特征； 2．知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件； 3．知道衍射现象是波特有的现象。 【学习重难点】

理解发生明显衍射现象的条件 【学习过程】

问题1：什么叫波的衍射？

问题2：【观察实验】总结发生明显衍射现象的条件：

（1）保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，水波的传播情况有什么变化？

结论：

（2）保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察波的传播情况有什么变化？

结论： 【总结】发生明显衍射现象的条件： 。 说明：①一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象.

②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）在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象.

③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到. 问题3：“只闻其声，不见其人”的现象同学们都听过，你能说出其中的原因吗？（通过计算说明）

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问题4：光也是一种波，为什么通常情况下我们看不到光的衍射现象？

【知识应用】

1. 下列关于波的衍射的说法正确的是（ ） A.衍射是一切波特有的现象

B.对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大

2. 在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05m／s ，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为 （ ） A．l0cm B．5cm C．d＞lcm D．d＜1cm

3.一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，以下哪种情况能使衍射现象更明显？ （ ）

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 【课堂小结】

【当堂检测】

1.以下关于波的衍射说法正确的是（ ）

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，会发生明显的衍射现象； C.当孔的尺寸比波长小时，会发生明显的衍射现象；

D.通常的讲话产生的声波，经过尺寸为1m左右的障碍物时会发生明显的衍射现象。

2.如图所示为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.则关于波经过孔后的传播情况，下列描述中正确的是（ ）

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，波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象

3.如图，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板中的空隙当做一个小孔做水波的衍射实验，出现了图示的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用什么办法？

【课后反思】

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第十二章 第4节 《波的衍射和干涉》导学案2

编写人：周博凯 审核人： 高二物理组 编写时间：2015-3-26

班级： 组号： 姓名： 教师评价： 【学习目标】

1．了解波的传播特性和波的叠加原理；

2．通过实验，认识波的干涉现象和波的干涉图样； 3．知道波发生明显干涉现象的必要条件；

4．知道干涉现象是波所特有的现象，是波叠加的结果。 【学习重难点】

对稳定的波的干涉图样的理解 【学习过程】

知识点一：波的叠加

问题1：观察演示实验，两列绳波相遇时，会发生什么现象呢？ 相遇区域的质点振动幅度 。

问题2：两列波相遇后，波的传播情况又怎样？

问题3：几列波相遇时，在它们重叠区域的质点将做怎样的运动？质点的位移如何计算？

【知识应用】

1.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的波形是 ( )

知识点二：波的衍射 问题4：观看演示实验，两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？

怎样解释上面观察到的现象呢？（看课本P34，完成导学案上问题5-问题9）

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问题5：下图中S1、S2是两个振动频率和相位都相同的波源，振幅分别为A1、A2，已经在图中黑色半圆表示出了某一时刻S1、S2的波峰位置，B点为两列波的波峰与波峰的某一个相遇点，请用红笔分别画出两列波的波谷位置。 ．．标出一个波谷与波谷相遇的位置，记为A点，标出一个波峰与波谷相遇的位置，记为C点。

问题6：分析B点的振动情况。

某一时刻， 两列波的波峰与波峰在B点相遇，也就是说两列波在B点引起的振动的相位相同，那么经过半个周期，一定是 与 在这里相遇。质点向上的位移最大，等于两列波的 。波谷与波谷相遇时，质点的位移尽管是 ，但也是 ，也等于两列波的 。又由于两列波在这点的相位差 ，因此，在这一点，两列波引起的振动总是相互加强的，质点振动的振幅最大，等于 。

请思考，若再经过四分之一周期，一定是两列波的 和 相遇，可见虽然B点的振幅最大，但某一时刻的位移仍然可能为 。 问题7：分析A点的振动情况。

某一时刻， 两列波的波谷与波谷在A点相遇，也就是说两列波在A点引起的振动的相位相同，那么经过半个周期，一定是 与 在这里相遇。

可见质点A的振动情况与质点B点的振动情况刚好相反，在A点，两列波引起的振动也总是相互加强。

问题8：A点和B点以及其他振动加强点有什么共同的规律？

以A点为例，A点到波源S1的距离X1与波长的关系：X1= λ； A点到波源S2的距离X2与波长的关系：X2= λ；

A点到两波源的距离之差Δx（波程差）与波长关：Δx= λ。 问题9：分析C点的振动情况。

某一时刻， 两列波的波峰与波谷在C点相遇，也就是说两列波在C点引起的振动的相位相反，相互削弱；经过半个周期，变成 与 在这里相遇，两列波在这点引起的振动仍然相互削弱。又由于两列波在这点的相位差 ，所以它们在这一点引起的振动总是相互削弱的，质点振动的振幅最小，等于 。 如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于 。 问题10：C点以及其他振动减弱点有什么共同的规律？

以C点为例，C点到波源S1的距离X1与波长的关系（可能不是波长的整数倍，用“整+零”的方式表示）：X1= λ；

C点到波源S2的距离X2与波长的关系：X2= λ；

C点到两波源的距离之差Δx（波程差）与波长关：Δx= λ。 问题11：什么叫做波的干涉？形成稳定干涉图样的必要条件是什么？

注意：波的干涉是波的叠加的特殊情形，两列波相遇是都会进行叠加，但不一定都产生干涉现象，一切波都能发生干涉，干涉和衍射都是波的特有现象。 ．

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【知识应用】

2.关于波的干涉，下列说法正确的是（ ）

A．两列波相遇时，可以相互穿过继续传播，只在重叠区域发生叠加

B．两列波叠加区域的任何介质质点的实际位移是两列波单独引起位移的矢量和 C．两列波相遇时,一列波对另一列的影响叫干涉

D．干涉是特殊条件下叠加现象，两个频率相同的波源振动产生的波可能发生干涉象

E．两列波发生稳定的干涉现象时，某一位置某时刻是振动加强区，一个周期后变为振动减弱区

F．干涉是波所特的的现象，不是波就不会发生干涉

3.两列波长相同的水波发生干涉，若在某一时刻，P点处恰好两列波的波峰相遇，Q点处两列波的波谷相遇，则（ ）

A．P点的振幅最大，Q点的振幅最小 B．P、Q两点的振幅都是原两列波的振幅之和 C．P、Q两点的振动周期同 D．P、Q两点始终处在最大位移处和最小位移处 4.如图所示，S1、S2是两个频率相等的波源，它们在同一种介质中传播，以S1、S2为圆心的两组同心圆弧分别表示同一时刻两列波的波峰（实线）和波谷（虚线）则以下说法正确的是：（ ）

A．质点A是振动加强点 B．质点D是振动减弱点 C．再过半周期，质点B、C是振动加强 D．质点A始终处于最大位移 【课堂小结】

1.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所产生的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的 ．

2.波的干涉： 相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小，这种现象叫做波的干涉，形成的图样常叫 。 3.产生稳定干涉图样的条件： （1）两列波的 相同；（2）两个波源的 必须保持不变。 4.一切波都能发生干涉，干涉也是波所特有的现象。 【重点突破】波叠加时，如何判断振动加强或减弱区？

同一均匀介质内两列相干波叠加，某质点的振动是加强还是减弱，取决于该点到两波源的距离之差Δx（波程差）与波长关系. （1）当两相干波源振动步调一致时， 若Δx=kλ（k=0,1,2, „），则该点为振动加强点；

若Δx=（2k+1）λ/2, (k=0,1,2, „),则该点为振动减弱点. （2）当两相干波源振动步调完全相反时， 若Δx=kλ（k=0,1,2, „），则该点为振动减弱点；

若Δx=（2k+1）λ/2(k=0,1,2,„)，则该点为振动加强点.

注意：①判断质点是振动加强还是减弱时，首先要明确两波源的振动是同相还是反相. ②振动加强的质点始终加强，减弱的始终减弱.

③在干涉图样上波峰与波峰（或波谷与波谷）相遇处一定是加强的，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定减弱，把以上减弱点用直线连接起来，直线上的点都是减弱的.加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点振幅之间.

（2）如果频率相同的发生干涉的两列波振幅分别为A1和A2，对于振动加强点，其振幅A=A1+A2，对于振动减弱点，其振幅A=｜A1-A2｜，因位移是随时间变化的，任意一个点的位移都可能为零，故加强点和减弱点位移大小关系无法比较.

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【当堂检测】

1.当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是（ ） A.质点P的振动始终是加强的； B.质点P的振幅最大 C.质点P的位移始终最大； D.质点P的位移有时为0 2.关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（ ）

A.任意两列波都能产生稳定干涉现象 B.发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同 C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷 D.在振动加强的区域，有时质点的位移等于零 3、下列关于波的衍射图象正确的是（ ）

4、如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得A点没有发生振动，为了使A点能振动起来，可采取的方法是（ ） A、增大波源的频率 B、减小波源的频率 C、将N板上移一些 D、将N板下移一些

5、下列关于两列波相遇时叠加的说法中正确的是（ ） A、相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强 B、相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同

C、在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和 D、几个人在同一房间说话，相互听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰 6、两列波发生了干涉现象，得到了干涉图样，则（ ） A、振动加强的质点，始终处于最大位移处

B、振动加强的质点的位移，有时会小于振动削弱的质点的位移 C、波峰与波峰相遇处的质点，其振动始终加强 D、波峰与波谷相遇处的质点，其振动始终削弱

7、如图所示，A、B为两个完全相同的相干波源，它们产生的两列波在AB连线的中垂线上的P点相遇时，则（ ） A、P点振动始终加强

B、P点振动有时加强，有时减弱 C、P点位移始终等于振幅 D、P点位移有时为零

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8、频率相同的两列波发生干涉现象时，有（ ）

A、某一点如果是两列波的波峰与波峰相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇

B、某一点如果是两列波的波谷与波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波谷相遇

C、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是两列波的波谷相遇

D、某一点如果是第一列波的波峰与第二列波的波谷相遇，经过半个周期，在这一点则是第一列波的波谷与第二列波的波峰相遇

9、如图所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有（ ）

A、该时刻a质点振动最弱， b、c质点振动最强，d质点 振动既不是最强也不是最弱 B、该时刻a质点振动最弱， b、c、d质点振动都最强

C、a质点的振动始终是最弱的， b、c、d质点的振动始终是最强的

D、再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱

10、如图所示表示两列相干水波的叠加情况，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。设两列波的振幅均为5cm，且图示的范围内振幅不变，波速和波长分别为1m/s和0.5m，C点是BE连线的中点，下列说法中正确的是 （ ） A．C、E两点都保持静止不动 B．图示时刻A、B两点的竖 直高度差为20cm

C．图示时刻C点正处于平衡 位置且向水面上运动

D．从图示的时刻起经0.25s， B点通过的路程为20cm

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11、在同一均匀介质中有S1、S2两个波源，这两个波源的频率相同。S1、S2相距两个波长，B点为S1S2直线的中点，今以B为圆心以R＝λ为半径画圆，问在该圆周上（S1、S2两点除外）共有几个振动加强点？

1．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．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响 D．晚上看到水中月亮的倒影

2．(2012·潍城区质检)利用发波水槽得到的水面波形如图a、b所示，则( )

A．图a、b均显示了波的干涉现象 B．图a、b均显示了波的衍射现象

C．图a显示了波的干涉现象，图b显示了波的衍射现象 D．图a显示了波的衍射现象，图b显示了波的干涉现象

3．(新建高二检测)已知空气中的声速为340m/s。现有几种声波：①周期为1/20s，②频

4

率为10Hz，③波长为10m。它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是( )

A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以

4．下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( )

A．相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强 B．相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同

C．在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别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

5．如图中S1、S2是两个相干波源，由它们发出的波相互叠加，实线表示波峰，虚线表示波谷，则对a、b、c三点振动情况的下列判断中，正确的是( )

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A．b处的振动永远互相减弱 B．a处永远是波峰与波峰相遇 C．b处在这时刻是波谷与波谷相遇 D．c处的振动永远互相减弱

6．(2011·惠州高二检测)在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz，水波在水槽中传播速度为0.05m/s，为使实验效果更明显，使用的小孔直径d应为多少米？

1．一列水波通过某孔的实际情况如图(1)所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图(2)四幅图所示，其假想错误的图示有( )

2．两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的半波[如图(甲)]，在相遇的某一时刻[如图(乙)]两列波“消失”，此时图中a、b质点的振动方向是( )

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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

3．(2010·成都市高二调研)如图表示两列同频率相干水波在t＝0时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，已知两列波的振幅均为2cm(且在图中所示范围内振幅不变)，波速为2m/s，波长为0.4m，E点为BD连线和AC连线的交点。下列叙述正确的是( )

A．A、C两点都是振动加强的 B．振动加强的点只有B、E、D

C．直线BD上的所有点都是振动加强的 D．B、D两点在该时刻的竖直高度差为8cm

4．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( )

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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

5．(郑州高二检测)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

6．如图所示，S是水面波的波源，x、y是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2，狭缝的尺寸比波长小得多)，试回答以下问题：

(1)若闭上S1，只打开S2会看到什么现象？ (2)若S1、S2都打开，会发生什么现象？

(3)上图中若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A、B、C、D各点中，哪些点向上振动最强，哪些点向下振动最强，哪些点振动最弱？

【课后反思】

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