2020_2021学年新教材高中物理机械波4波的干涉学案新人教版选择性必修第一册

4.4.波的干涉波的干涉 学习目标1.[物理观念]知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象和干涉图样，知 道干涉也是波特有的现象．2.[科学思维]会分析波的叠加，了解波的干涉在生活中的应用， 感受物理与生活之间的联系． 阅读本节教材，回答第 69 页“问题”并梳理必要知识点．教材第 69 页问题提示由 于波的叠加而形成的． 一、波的叠加 1．波的独立传播几列波相遇后彼此穿过，仍然保持各自的运动特征，继续传播．即各 自的波长、频率等保持不变． 2．波的叠加在几列波重叠的区域里，介质的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引起的位移的矢量和． 二、波的干涉 1．定义频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时， 某些区域的振幅加大， 某些区域的振幅减小，而且振幅加大的区域和振幅减小的区域相互间隔，这种现象叫波的干 涉，所形成的图样叫作干涉图样． 2．干涉条件两列波的频率必须相同；两个波源的相位差必须保持不变． 3．一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象． 1．思考判断正确的打“√”，错误的打“” 1只有频率相同的两列波才可以叠加． 2敲击音叉使发声，然后转音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象． 3两列波相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强． 4两个人一起说话，不会发生干涉现象．√ 2．多选如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另 一个波源S2在绳的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1＜f2，P为两个波源连线 的中点． 已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定． 下列说法正确的是 A．两列波比较，a波将先到达P点 B．两列波同时到达P点 - 8 - C．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2 D．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点 BD[因两波波速相等，故两列波能同时到达P点，A 错误，B 正确；因f1＜f2，由λ＝v f 可知，λ1＞λ2，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点 的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为 A 1＋A2，位移最大，综上所述，C 错误，D 正确．] 3．多选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的振动有时是减弱的 B．质点P的振动始终是加强的 C．质点P的振幅最大 D．质点P的位移始终最大 BC[P点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的，A 错误，B 正确；质点P 处于振动加强区，振幅最大，C 正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间变化的，D 错 误．] 波的叠加 两个运动的小球相遇后会发生碰撞而各自改变运动状态，那么在空间传播的两列波相遇 后又会发生什么现象呢是否也会像两个小球那样各自改变原来的运动状态呢 提示1相遇区域的质点振动幅度加大了． 2两列波相遇后不会像两个小球碰撞而改变原来的运动状态， 它们都保持各自的运动状 态，彼此都没有受到影响． 1．波叠加时的特点 1位移是几列波分别产生的位移的矢量和． 2各列波独立传播． 2．波的叠加原理理解 - 8 - 波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几个位移的矢量和，所以 叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小．如图所示，两列同相波的叠加，振动加强， 振幅增大；如图所示，两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小． 【例 1】波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的 传播速度均是 1 m/s.在t＝0 时刻绳上的波形如图所示．则根据波的叠加原理，以下叙述正确 的是 A．当t＝2 s 时，波形如图①所示；当t＝4 s 时，波形如图②所示 B．当t＝2 s 时，波形如图①所示；当t＝4 s 时，波形如图③所示 C．当t＝2 s 时，波形如图②所示；当t＝4 s 时，波形如图①所示 D．当t＝2 s 时，波形如图②所示；当t＝4 s 时，波形如图③所示 思路点拨解答本题应把握以下两点 1根据波速和时间，求出2 s 时和 4 s 时两列波传播的距离． 2根据波的叠加原理分析可明确对应的波形图． D[当t＝2 s 时，根据传播速度可知，它们相互重叠，由于振动方向相反，则振动减弱， 波形如图②所示；当t＝4 s 时，各自传播了 4 m，由于互不干扰，所以波形如图③所示，故 选项 D 正确．] [跟进训练] 1．两列简谐波沿x轴相向而行，波速均为v＝0.4 m/s，两波源分别位于A、B处，t＝0 时的波形如图所示．当t＝2.5 s 时，M点的位移为________cm，N点的位移为________cm. - 8 - [解析]在 0～2.5 s 内两列波分别向左和向右传播的距离均为 Δx＝vΔt＝1 m，如图 所示．对A波而论，M点的位移为 0，对B波而论，M点的位移为 2.0 cm，根据波的叠加原理 可知，此时M点位移为 2.0 cm.分别对A、B波而论，N点的位移均为 0，故叠加后N点的位移 为 0. [答案]2.00 如图，两列相同的水波在传播过程中相遇后会是什么情况呢 波的干涉 提示频率相同的两列波叠加，在振动着的水面上，使某些区域的振动加强，某些区域 的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开． 1．对波的干涉现象的理解 1波的叠加是无需条件的，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，必须是两列波的频率相同、相位差恒定，如果两列 波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉 图样． 3明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的， 明显的干涉图样除了满足相干条件 外，还必须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明显． 4振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动， 其振幅不变若是振动减弱点， 振幅可为 0，但其位移随时间发生变化． 5振动加强的点的振动总是加强， 但并不是始终处于波峰或波谷， 它们都在平衡位置附 近振动，有的时刻位移为零． - 8 - 6振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之 差，振幅为两列波的振幅之差．如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态， 并不振动． 2．干涉图样及其特征 1干涉图样如图所示． 2特征 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． 【例 2】 多选如图所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产 生的干涉图样．图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷．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 思路点拨1当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强