高二物理教案：《波的干涉和衍射》教學設計(2)

　　第一、保持水波的波長不變，該變窄縫的寬度（由窄到寬），觀察波的傳播情況有什么變化。觀察到的現(xiàn)象：在窄縫的寬度跟波長相差不多的情況下，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。水波繞到擋板后面繼續(xù)傳播。（參見課本圖10-26甲）

　　在窄縫的寬度比波長大得多的情況下，波在擋板后面的傳播就如同光線沿直線傳播一樣，在擋板后面留下了"陰影區(qū)"。（參見課本圖10-26乙）

　　第二、保持窄縫的寬度不變，改變水波的波長（由小到大），將實驗現(xiàn)象用投影儀投影在大屏幕上。可以看到：在窄縫不變的情況下，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。

　　將課本圖10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它們是做衍射實驗時拍下的照片。甲中波長是窄縫寬度的3/10，乙中波長是窄縫寬度的5/10，丙中波長是窄縫寬度的7/10。

　　通過對比可以看出：窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象。

　　窄縫寬度比波長大得多時，衍射現(xiàn)象越不明顯。窄縫寬度與波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。

　　結論：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，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波的特有現(xiàn)象。

　　2、波的疊加

　　我們有這樣的生活經(jīng)驗：將兩塊石子投到水面上的兩個不同地方，會激起兩列圓形水波。它們相遇時會互相穿過，各自保持圓形波繼續(xù)前進，與一列水波單獨傳播時的情形完全一樣，這兩列水波互不干擾。

　　3、波的干涉

　　一般地說，振動頻率、振動方向都不相同的幾列波在介質中疊加時，情形是很復雜的。我們只討論一種最簡單的但卻是最重要的情形，就是兩個振動方向、振動頻率都相同的波源所發(fā)出的波的疊加。

　　演示：在發(fā)波水槽實驗裝置中，振動著的金屬薄片AB，使兩個小球S1、S2同步地上下振動，由于小球S1、S2與槽中的水面保持接觸，構成兩個波源，水面就產生兩列振動方向相同、頻率也相同的波，這樣的兩列波相遇時產生的現(xiàn)象如課本圖10－29所示。為什么會產生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的疊加原理來解釋。

　　課本圖10－30所示的是產生上述現(xiàn)象的示意圖。S1和S2表示兩列波的波源，它們所產生的波分別用兩組同心圓表示，實線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。

　　某一時刻，如果介質中某點正處在這兩列波的波峰中央相遇處[課本圖10－30所示中的a點]，則該點(a點)的位移是正向最大值，等于兩列波的振幅之和。經(jīng)過半個周期，兩列波各前進了半個波長的距離，a點就處在這兩列波的波谷中央相遇處，該點（a點）的位移就是負向最大值。再經(jīng)過半個周期，a點又處在兩列波的波峰中央相遇處。這樣，a點的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以a點的振動總是最強的。這些振動最強的點都分布在課本圖10－30中畫出的粗實線上。

　　某一時刻，介質中另一點如果正處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處[課本圖10－30中的b點]，該點位移等于兩列波的振幅之差。經(jīng)過半個周期，該點就處在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇處，再經(jīng)過半個周期，該點又處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處。這樣，該點振動的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點的振動總是最弱的。如果兩列波的振幅相等，這一點的振幅就等于零。這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)平靜的原因。這些振動最弱的點都分布在課本圖10－30中畫出的粗虛線上。可以看出，振動最強的區(qū)域和振動最弱的區(qū)域是相互間隔開的。

　　頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉(inerference)。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

　　只有兩個頻率相同、振動方向相同的波源發(fā)出的波，疊加時才會獲得穩(wěn)定的干涉圖樣，這樣的波源叫做相干波源，它們發(fā)出的波叫做相干波。不僅水波，一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是一切波都具有的重要特征之一。

　　演示：敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉動音叉，就可以聽到聲音忽強忽弱。這就是聲波的干涉現(xiàn)象。

　　（1）做波的干涉：頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

　　（2）特點：干涉現(xiàn)象是一切波都具有的現(xiàn)象。

　　（3）產生條件：兩列波的頻率必須相同。