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1、2022年高中物理 波的干涉教案 新人教版選修3 (1)
【基礎(chǔ)知識誘思】
日常生活中我們最常見最熟悉的機(jī)械波便是聲波了,對于聲波大家也最了解.下面請大家考慮一個問題,如果你對著高山喊一聲,過一會兒你便會聽到回聲,此時若在山的另一邊有一個人,但此人不會聽到你的聲音;倘若你對著的不是高山,而是一棵大樹,則此時樹后面的人會聽到你的聲音,原因何在?山后面的人聽不到你的聲音是因?yàn)槁暡]有傳到山的后面,大樹后的人聽到了你的聲音是因?yàn)槁暡▊鞯搅藰涞暮竺?,像聲波這樣傳播過程中繞過障礙物傳到障礙物后面的這種現(xiàn)象為波的衍射現(xiàn)象.
【重點(diǎn)難點(diǎn)解讀】
問題一:發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件
解讀:(1
2、)當(dāng)障礙物或孔的尺寸比波長小時,一定能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,如圖10.4-1所示;當(dāng)障礙物或孔的尺寸比波長大時,只有當(dāng)“大得不多(差不多)”時,如圖10.4-2所示,才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.
(2)“障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多”是發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,但并不是發(fā)生衍射的條件,因?yàn)檎系K物的大小,關(guān)系到衍射現(xiàn)象是否明顯,而不是決定衍射現(xiàn)象能否發(fā)生.
(3)如果障礙物或孔的尺寸比波長大得多,則衍射現(xiàn)象不明顯,如圖10.4-3所示,波近似直線傳播.
問題二:波的衍射特征
解讀:機(jī)械波遇到障礙物或孔隙,波就會偏離原來的傳播方向而繞到障礙物的后面去.我們設(shè)想從波源處向外射出的小球,當(dāng)小
3、球碰到障礙物時就會反彈,穿過孔后也不會繞到“陰影”中去,這說明遇到障礙物時,小球不可能像波那樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,因此衍射是波所特有而宏觀實(shí)物粒子所不具有的性質(zhì).
【解題技法點(diǎn)撥】
該部分知識主要利用“明顯衍射條件”進(jìn)行衍射現(xiàn)象的分析判斷和對某些衍射現(xiàn)象進(jìn)行解釋,因此,正確理解、應(yīng)用明顯衍射條件時尤其注意:
(1)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,有時明顯,有時不明顯;只有波才會發(fā)生衍射現(xiàn)象.
(2)波長較長的波更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象
例 以下關(guān)于波的衍射的說法中正確的是( )
A.波遇到障礙物時,一定會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長大得多時,衍射現(xiàn)象很明顯
C.當(dāng)孔
4、的大小比波長小時,衍射現(xiàn)象很明顯
D.只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長相差不多時,才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
點(diǎn)撥:凡是波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,不過有時衍射現(xiàn)象明顯,有時衍射現(xiàn)象不明顯.只有當(dāng)縫、孔或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小時,才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.
答案:C
【經(jīng)典名題探究】
考點(diǎn)一:明顯衍射條件和衍射特征
例1 下列說法正確的是( )
A.只有橫波能發(fā)生衍射,縱波不能發(fā)生衍射
B.當(dāng)波長比孔的寬度小得越多時,波的衍射越明顯
C.聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象,光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
D.聲波易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,光不易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
分析:衍射是波特有的現(xiàn)象,一切波都
5、能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,所以A錯;光也是一種波,因而光也能發(fā)生衍射現(xiàn)象,所以C錯;只有當(dāng)障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多或更小時,才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,所以B錯誤;由于聲波的波長較大,所以易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,而光波的波長較小,所以很難觀察到光波的明顯衍射現(xiàn)象,D正確.
答案:D
探究:一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,只有明顯與不明顯之分,波長較大的波易觀察到明顯衍射現(xiàn)象.日常中能觀察到哪些波的衍射現(xiàn)象?(例:聲波、水波)
姊妹題 下列說法正確的是( )
A.衍射是一切波特有的現(xiàn)象
B.對同一列波,障礙物或孔越小衍射越明顯
C.聽到回聲是聲波的衍射現(xiàn)象
D.聽到墻外人的說話聲是衍射現(xiàn)象答案:
6、ABD
考點(diǎn)二:靈活運(yùn)用明顯衍射的條件
例2 如圖10.4-4所示,S是振源,MN是帶孔的擋板,其中M固定,N可以上下移動,為了使原來不振動的A點(diǎn)振動起來,可采用的辦法是( )
A.增大S的振動頻率 B.減小S的振動頻率
C.N上移 D.N下移
分析:本題以比較靈活的形式考查明顯衍射條件.要使A振動起來,則S振動產(chǎn)生的波必須經(jīng)小孔發(fā)生明顯衍射,原來A未振動,說明孔的尺寸太大,所以應(yīng)使孔減小,C選項(xiàng)正確;當(dāng)然A未振動的另一個原因是波長太小,在v一定的前提下,要增大波長則必須減小S的振動頻率,所以B正確.
答案:BC
探究:現(xiàn)在水波槽中只有一個振源,要
7、想獲得兩個波源,你用什么辦法可以做到?(提示:從波的衍射角度思考,如將一雙孔木板置于水槽中)
姊妹題 如圖10.4-5所示是不同頻率的水波通過相同的小孔所能到達(dá)區(qū)域的示意圖,
情況中水波的頻率最大; 情況中水波的頻率最?。?
答案:c a
考點(diǎn)三:綜合考查對明顯衍射條件的理解
例3 已空車氣中的聲速為340m/s,現(xiàn)有幾種聲波:(1)周期為s;(2)頻率為104Hz;(3)波長為10m.它們傳播時若遇到寬度約為13m的障礙物,發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的是( )
A.(1)和(2) B.(2)和(3) C.(1)和(3) D.都可以
分析
8、:考查發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.首先由v=·f=計(jì)算各種波的波長.題中三種聲波的波長分別為1=vT=340×m=17m;2==0.034m;3=10m.因?yàn)?大于障礙物的寬度,所以能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,2遠(yuǎn)小于障礙物的寬度,因而不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象;3與障礙物的寬度相差不多,也能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,所以C正確.
答案:C
探究:如何判斷一列波能否“繞”過障礙物或小孔?(障礙物或小孔的尺寸與波長相差不多或比波長更小時)
姊妹題 在用水波槽做衍射實(shí)驗(yàn)時,若打擊水面的振子振動頻率是5Hz,水波在水槽中的傳播速度為0.05rn/s,為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,小孔的直徑d應(yīng)為( )
A.10cm
9、 B.5cm C.d>1cm D.d<1cm
答案:D
【思維誤區(qū)診斷】
易錯點(diǎn):產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸和波長相差不多或比波長更小,而不是波長和障礙物或小孔相差最小時.
例 有一障礙物的高度為10m,下列波衍射現(xiàn)象最朋顯的是( )
A.波長為40m的波
B.波長為9.9m的波
C.頻率為40Hz的聲波
D.頻率為5000MHz的電磁波(v=3.0×108m/s)
[誤點(diǎn)診斷] 錯解:B.波長為9.9m的波的波長與障礙物的尺寸相差最小,所以衍射最明顯,故B正確.
[名師批答] 題中幾列波的波長分別是A=40m,B=9.9m,C=m=8.5m,D=m=0.06m.由波明顯衍射條件知,A= 40m,大于障礙物的尺寸,而其余波長都小于障礙物的尺寸,所以A正確.
答案:A