10.4 10.4 波的衍射波的衍射第十章 机械波河北师大附中河北师大附中 李喜昌李喜昌一、生活中的物理现象一、生活中的物理现象实例实例1.1.在水塘里，微风激起的水波遇到突在水塘里，微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇，会绕过它们继续出水面的小石子、芦苇，会绕过它们继续传播，好象它们并不存在。传播，好象它们并不存在。 实例实例2.2.听其声不见其人。听其声不见其人。隔墙有耳声音的在传播过声音的在传播过声音的在传播过声音的在传播过程中很容易绕过程中很容易绕过程中很容易绕过程中很容易绕过障碍物的。障碍物的。障碍物的。障碍物的。实例实例3.3. 光的光的光的光的 “ “ “ “ 转弯转弯转弯转弯 现现现现象却很难被观察到。象却很难被观察到。象却很难被观察到。象却很难被观察到。一一叶叶障障目目不不见见泰泰山山 要明白其中的道理，让我们开始学习要明白其中的道理，让我们开始学习波的衍射吧波的衍射吧! 二、波的衍射现象二、波的衍射现象衍衍衍衍展延之意展延之意展延之意展延之意波的衍射波的衍射波的衍射波的衍射波展延到波展延到波展延到波展延到“影子区域里的现象。影子区域里的现象。影子区域里的现象。影子区域里的现象。波波波波“转弯即不沿直线传播的现象。转弯即不沿直线传播的现象。转弯即不沿直线传播的现象。转弯即不沿直线传播的现象。一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。二、什么是波的衍射现象二、什么是波的衍射现象？1.1.1.1.定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的衍衍衍衍射射射射. . . .2.2.2.2.衍射是波的特性衍射是波的特性衍射是波的特性衍射是波的特性思考思考:如何证明某种物质是一种波呢如何证明某种物质是一种波呢?二、波的衍射现象二、波的衍射现象三、什么条件下会发生三、什么条件下会发生明显明显衍射现象？衍射现象？缝、孔缝、孔缝、孔缝、孔的宽度或的宽度或的宽度或的宽度或障碍物障碍物障碍物障碍物的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多, , , ,或或或或者比波长更小时者比波长更小时者比波长更小时者比波长更小时, , , ,才能观察到才能观察到才能观察到才能观察到明显明显明显明显的衍射现象的衍射现象的衍射现象的衍射现象. . . .一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。现象。现象。现象。衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小，更小，更小，更小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件。明显衍射的条件。明显衍射的条件。明显衍射的条件。窄窄窄窄缝缝缝缝宽宽宽宽度度度度比比比比波波波波长长长长大大大大得得得得越越越越多多多多，衍衍衍衍射射射射现现现现象象象象越越越越不不不不明明明明显显显显；水水水水波波波波的传播越接近直线传播。的传播越接近直线传播。的传播越接近直线传播。的传播越接近直线传播。5 5当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到。4 4波传到小孔或障碍物时，小孔或障碍物仿波传到小孔或障碍物时，小孔或障碍物仿波传到小孔或障碍物时，小孔或障碍物仿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在孔佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象。衍射现象。衍射现象。衍射现象。“闻其声而不见其闻其声而不见其人人. .为什么为什么? ?“ “ 一叶障目一叶障目, , 不见不见泰山泰山 . .为什么为什么? ? 你现在能予以解释吗你现在能予以解释吗你现在能予以解释吗你现在能予以解释吗? ?分析：声波和光波都可以发生衍射现象。声波的分析：声波和光波都可以发生衍射现象。声波的分析：声波和光波都可以发生衍射现象。声波的分析：声波和光波都可以发生衍射现象。声波的波长范围是波长范围是波长范围是波长范围是1.7cm1.7cm1.7cm1.7cm到到到到17m17m17m17m，而光的波长范围在，而光的波长范围在，而光的波长范围在，而光的波长范围在0.4m0.4m0.4m0.4m到到到到0.8m0.8m0.8m0.8m之间，因此，自然界中障碍物的之间，因此，自然界中障碍物的之间，因此，自然界中障碍物的之间，因此，自然界中障碍物的尺寸远于光的波长，光波的衍射现象不明显，而尺寸远于光的波长，光波的衍射现象不明显，而尺寸远于光的波长，光波的衍射现象不明显，而尺寸远于光的波长，光波的衍射现象不明显，而声波易发生衍射现象，所以闻其声不见其人。声波易发生衍射现象，所以闻其声不见其人。声波易发生衍射现象，所以闻其声不见其人。声波易发生衍射现象，所以闻其声不见其人。 解释：解释：解释：解释：为什么常遇到为什么常遇到声波的衍射声波的衍射却观察不到却观察不到光光波的衍射波的衍射。例例1.1.以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是 A.A.衍射是一切波特有的现象衍射是一切波特有的现象B.B.对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显C.C.听到回声是声波的衍射现象听到回声是声波的衍射现象D.D.听到回声是共鸣现象听到回声是共鸣现象四、小试牛刀四、小试牛刀A BA B 明确衍射是波的特有现象，产生明显明确衍射是波的特有现象，产生明显明确衍射是波的特有现象，产生明显明确衍射是波的特有现象，产生明显衍射现象的衍射现象的衍射现象的衍射现象的 条件是条件是条件是条件是缝、孔缝、孔缝、孔缝、孔的宽度或的宽度或的宽度或的宽度或障碍物障碍物障碍物障碍物的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多的尺寸跟波长相差不多, , , ,或者比波长更小。或者比波长更小。或者比波长更小。或者比波长更小。回声是声波的反射现象。回声是声波的反射现象。回声是声波的反射现象。回声是声波的反射现象。例例2.2.在水波槽的衍射实验中，假设打击水面在水波槽的衍射实验中，假设打击水面的振子振动频率是的振子振动频率是5Hz5Hz，水波在水槽中的传播，水波在水槽中的传播速度为速度为0.05m0.05ms s，为观察到明显的衍射现象，为观察到明显的衍射现象，小孔直径小孔直径d d应为应为 A.10cmA.10cm B.5cm B.5cmC.dC.d1cm1cm D.d D.d1cm1cmD D 明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现象的象的象的象的 条件是作出正确判断条件是作出正确判断条件是作出正确判断条件是作出正确判断掌握的关键。掌握的关键。掌握的关键。掌握的关键。例例3.3.空气中的声速是空气中的声速是340m/s340m/s。现有几种声波：。现有几种声波：1 1周期为周期为0.05s0.05s；2 2频率为频率为104Hz104Hz；3 3波长为波长为10m10m。它们传播时假设遇到宽度约为。它们传播时假设遇到宽度约为13m13m的障碍物，发生明显衍射现象的是的障碍物，发生明显衍射现象的是 A.A.和和 . .和和. .和和 . .都可以都可以C C例例例例4 4 4 4如下图是观察水面波衍射的实验装置，如下图是观察水面波衍射的实验装置，如下图是观察水面波衍射的实验装置，如下图是观察水面波衍射的实验装置，ACACACAC和和和和BDBDBDBD是两块挡板，是两块挡板，是两块挡板，是两块挡板，ABABABAB是一个孔，是一个孔，是一个孔，是一个孔，O O O O是波源，图中已画出波是波源，图中已画出波是波源，图中已画出波是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹之间的源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹之间的源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹之间的源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹之间的距离表示一个波长，那么有关于波经孔之后的传播情距离表示一个波长，那么有关于波经孔之后的传播情距离表示一个波长，那么有关于波经孔之后的传播情距离表示一个波长，那么有关于波经孔之后的传播情况，下面描述正确的选项是况，下面描述正确的选项是况，下面描述正确的选项是况，下面描述正确的选项是 A A A A此时能观察到明显的衍射情况此时能观察到明显的衍射情况此时能观察到明显的衍射情况此时能观察到明显的衍射情况B B B B如果将孔如果将孔如果将孔如果将孔ABABABAB扩大，可能观察不到明显的衍射现象扩大，可能观察不到明显的衍射现象扩大，可能观察不到明显的衍射现象扩大，可能观察不到明显的衍射现象C C C C挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等D D D D如果孔的大小不变，使波源的频率变大，能更明如果孔的大小不变，使波源的频率变大，能更明如果孔的大小不变，使波源的频率变大，能更明如果孔的大小不变，使波源的频率变大，能更明显地观察到衍射情况显地观察到衍射情况显地观察到衍射情况显地观察到衍射情况ABCDOA B CA B C 明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现明确产生明显衍射现象的象的象的象的 条件是作出正确判断条件是作出正确判断条件是作出正确判断条件是作出正确判断掌握的关键。掌握的关键。掌握的关键。掌握的关键。