資源簡介

(共31張PPT)
第三單元 機械波
3.4 波的干涉
一、驅動問題
錢塘江潮被譽為“天下第一潮”，是世界一大自然奇觀，它是天體引力和地球自轉的離心作用，加上杭州灣喇叭口的特殊地形所造成的特大涌潮。仔細觀察右邊高清視頻中兩列水波的疊加，你發現他們疊加后的形狀有什么特點沒有，疊加后凹凸間隔分布，你知道這是為什么嗎？
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二、波的疊加
身邊的疊加
在介質中常常有幾列波同時傳播。兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變各自的運動特征呢？
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二、波的疊加
（一）實驗引入
演示實驗：觀察波的疊加現象
在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，在繩上分別產生相向傳播的兩列波（圖甲）。觀察兩列波的傳播情況。
你能大致畫出該過程的波形圖嗎？
開始相遇
相遇中
開始分離
分離后
兩列波相遇后，有什么規律？
二、波的疊加
波傳播的獨立性:幾列波相遇之后， 仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續前進，好象沒有遇到過其他波一樣互不干擾.
紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…)
聽樂隊演奏(仍可辨出不同樂器的音色、旋律)
空中無線電波很多(仍能分別接收各個電臺)
會議室內聲音特響（仍能區分出每一個人的說話聲音）
生活實例
（二）波的相遇分析
二、波的疊加
振動加強
振幅增大
振動減弱
振幅減小
峰
峰
谷
峰
（三）波的疊加
二、波的疊加
波的疊加原理
在幾列波重疊的區域里，介質的質點同時參與這幾列波所引起的振動，質點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。
本質：位移的合成
（三）波的疊加
二、波的疊加
例題：如圖所示，波源S1在繩的左端發出頻率為f1、振幅為A1的半個波形a，同時，波源S2在繩的右端發出頻率為f2、振幅為A2的半個波形b，已知f1A.a波先到達P點
B.兩列波在P點疊加時，P點的位移最大值小于A1+A2
C.a波的波峰到達S2時，b波的波峰尚未到達S1
D.兩列波相遇時，繩上位移可達A1+A2的點只有一個，此點在P點的右側
B
三、波的干涉
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（一）
觀察與思考
兩列頻率相同的波相遇時，在它們重疊的區域會發生什么現象呢？我們先觀察下面的現象。
現象：兩列頻率相同的水波相遇后，在它們重疊的區域里出現了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區域和激烈振動的區域，這兩種區域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。
三、波的干涉
（二）實驗解釋
加強的解釋：
x1
0
t
A1
-A1
振動1
x2
0
t
-A2
A2
振動2
x
0
t
A
-A
加強疊加
三、波的干涉
（二）實驗解釋
如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經過半個周期，就變成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質點的振動最激烈。
加強的解釋：
S1
S2
三、波的干涉
如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。
（二）實驗解釋
S1
S2
減弱的解釋：
三、波的干涉
（三）波的干涉
振動加強區的質點振動的振幅為多大？振動減弱區的質點振動的振幅為多大？
振動加強區：振動的振幅等于兩列波振幅之和。
振動減弱區：振動的振幅等于兩列波振幅之差。
加強區和減弱區的質點偏離平衡位置的位移不是始終不變。而是振動加強區域的質點，其位移始終保持最大。振動減弱區域的質點，其位移始終保持最小。
加強區和減弱區的質點偏離平衡位置的位移始終不變嗎？
若兩列波的振幅相等，減弱區的質點是否還會離開平衡位置？
振動減弱點的振動始終是減弱的；它并不總是處于平衡位置，它也在平衡位置附近振動.只有當兩個波源的振幅相等時，才位于平衡位置.
三、波的干涉
（三）波的干涉
若兩列波的的頻率和相位差不相同，你認為在相互疊加時，能否出現穩定的相間的加強和減弱區呢？
如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區域。
如何才能形成像上述實驗現象一樣的穩定的加強和減弱的穩定圖樣呢？
(1)兩波源的頻率相同。
(2)振動方向相同。
(3)相位差恒定。
三、波的干涉
（三）波的干涉
1. 定義：
頻率相同,振動方向相同,相位差恒定的兩列波疊加，使某些區域的振動始終加強，某些區域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔這種現象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。
水波干涉圖樣
2.形成穩定干涉圖樣的條件
(1)兩波源的頻率相同。
(2)振動方向相同。
(3)相位差恒定。
三、波的干涉
（四）波的干涉規律
1.S1和S2兩波源到加強點M到距離只差與波長有什么關系？
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，加強點與兩個波源的距離差：
△S=S1-S2=2n λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
三、波的干涉
（四）波的干涉規律
2.S1和S2兩波源到其他加強點到距離只差與波長有什么關系？你從中可以發現什么樣的規律？
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，減弱點與兩個波源的距離差：△S=S1-S2=（2n+1） λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……）
x
0
t
A
-A
三、波的干涉
（四）波的干涉規律
振動加強點和減弱點滿足的條件：
若兩個波源的振動頻率和振動步調相同
(1)加強點與兩個波源的距離差：
（n=0，±1，±2，±3……）
(2)減弱點與兩個波源的距離差：
（n=0，±1，±2，±3……）
加強點與兩個波源的距離差是半波偶數的整數倍
減弱點與兩個波源的距離差是半波奇數的整數倍
三、波的干涉
[思考判斷]
(1)任意兩列波都能產生穩定干涉現象。( )
(2)發生穩定干涉現象的兩列波，它們的頻率一定相同。( )
(3)在振動減弱的區域，各質點都處于波谷。( )
(4)在振動加強的區域，有時質點的位移等于零。( )
(5)能產生穩定干涉圖樣的兩列波疊加時，振動加強的位置和減弱的位置是不變的。( )
×
×
√
√
√
三、波的干涉
例題： (多選)如圖所示為兩個相干波源S1、S2產生的波在同一種均勻介質中相遇時產生的干涉圖樣。圖中實線表示某時刻的波峰，虛線表示波谷。下列說法正確的是(　　)
A.a、c兩點的振動加強，b、d兩點的振動減弱
B.e、f兩點的振動介于加強點和減弱點之間
C.經適當的時間后，加強點和減弱點的位置互換
D.經半個周期后，原來位于波峰的點將位于波谷，原來位于波谷的點將位于波峰
AD
三、波的干涉
解析　波的干涉圖樣所示的僅是某一時刻兩列相干波疊加的情況，形成干涉圖樣的所有介質質點都在不停地振動著，其位移的大小和方向都在不停地變化著。但要注意，對穩定的干涉，振動加強和減弱的區域的空間位置是不變的。a點是波谷和波谷相遇的點，c點是波峰和波峰相遇的點，都是振動加強的點；而b、d兩點都是波峰和波谷相遇的點，是振動減弱的點，A正確；e位于加強點的連線上，仍為加強點，f位于減弱點的連線上，仍為減弱點，B錯誤；相干波疊加產生的干涉是穩定的，不會隨時間變化，C錯誤；因形成干涉圖樣的介質質點也是不停地做周期性振動，經半個周期步調相反，D正確。
課堂小結
波的干涉
波的疊加
波傳播的獨立性：幾列波相遇后，彼此穿過，繼續傳播，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，也就是說，相遇后，它們都保持各自的運動狀態，彼此都沒有受到影響。
波的疊加原理：在它們重疊的區域里，介質的質點同時參與這幾列波所產生的振動，質點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。
波的干涉
定義：頻率相同,振動方向相同,相位差恒定的兩列波疊加，使某些區域的振動始終加強，某些區域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔這種現象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。
加強點滿足的條件
減弱點滿足的條件
課堂反饋
1、兩列波發生了干涉現象，得到了干涉圖樣，則（ ）
A、振動加強的質點，始終處于最大位移處
B、振動加強的質點的位移，有時會小于振動削弱的質點的位移
C、波峰與波峰相遇處的質點，其振動始終加強
D、波峰與波谷相遇處的質點，其振動始終削弱
BCD
課堂反饋
2、頻率相同的兩列波發生干涉現象時，有（ ）
A、某一點如果是兩列波的波峰與波峰相遇，經過半個周期，在這一點則是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇
B、某一點如果是兩列波的波谷與波谷相遇，經過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波谷相遇
C、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經過半個周期，在這一點則是兩列波的波谷相遇
D、某一點如果是第一列波的波峰與第二列波的波谷相遇，經過半個周期，在這一點則是第一列波的波谷與第二列波的波峰相遇
D
課堂反饋
3．如圖所示，兩列簡諧波均沿x軸傳播，傳播速度的大小相 等，其中一列沿x方向傳播(圖中實線所示)，一列沿負x方向傳播(圖中虛線所示)，這兩列波的頻率相同，振動方向均沿y軸，則圖中x =1、2、3、4、5、6、7、8各點中振幅最大的是x = 的點，振幅最小的是x= 的點。
4、8
2、6
課堂反饋
4、如圖所示為甲、乙兩列簡諧橫波在同一繩上傳播時某時刻的波形圖，甲波向右傳播，乙波向左傳播.質點M位于x＝0.2 m處，則下列說法正確的是 （ ）
A.這兩列波會發生干涉現象
B.M點是振動加強點，所以其位移總是最大
C.此時M點位移為零，故M點是振動減弱點
D.由圖示時刻開始，再經過 甲波周期，M點將位于波谷
E.M點將做振幅為30 cm的簡諧振動
ADE
課堂反饋
5、如圖所示，A、B為兩個完全相同的相干波源，它們產生的兩列波在AB連線的中垂線上的P點相遇時，則（ ）
A、P點振動始終加強
B、 P點振動有時加強，有時減弱
C、 P點位移始終等于振幅
D、 P點位移有時為零
AD
課堂反饋
6、如圖所示表示兩列相干水波的疊加情況，圖中的實線表示波峰，虛線表示波谷。設兩列波的振幅均為5cm，且圖示的范圍內振幅不變，波速和波長分別為1m/s和0.5m，C點是BE連線的中點，下列說法中正確的是 （ ）
A．C、E兩點都保持靜止不動
B．圖示時刻A、B兩點的豎直高度差為20cm
C．圖示時刻C點正處于平衡位置且向水面上運動
D．從圖示的時刻起經0.25s，B點通過的路程為20cm
BCD
課堂反饋
D
課堂反饋
本課時結束
感謝觀看！

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