第六章 E 波的干涉、衍射
古代有一句成语：“隔墙有耳”。它的直接含义是，虽然说话的人与听者之间隔一堵墙壁，但听者照样能够听到他说的话，如图6-25（a）所示。这种现象表明，声音在传播过程中是能够绕过障碍物的。
还有一句成语叫“一叶障目，不见泰山”，它的含义是，一片叶子挡在眼前，使人连泰山也看不见了，如图6-25（b）所示，这说明光是沿直线传播的，光和声音都是波，为什么声音往往可以绕过障碍物，很容易被人们听到，但光的“转弯”现象却很难被观察到呢？要明白其中的道理，让我们学习以下内容吧。
观察并比较两列波在空间相遇和两个球在空间相遇时所发生现象的区别，例如，在一个盛水的盆中同时产生两列水波，可以观察到两列水波相遇时所发生的现象，再看看桌球运动中两球相碰的情形，就不难找到答案。
大家谈
如果有两列波在空间相遇，猜想将会发生什么现象？请用自己的语言加以描述。
自主活动
如图6-26所示，由两个同学同时分别向上抖动一下绳的两端，将会产生沿绳子传播但方向相反的两列波，观察这两列波在相遇前、相遇时和相遇后的波的图形，并分别在图中画出观察到的波形。
一、波的叠加
当两列波相遇时，它们能保持原来的特性继续传播。在它们相遇的区域，介质质点的位移是两列波分别引起的位移的矢量和。
图6-27表示两列波相遇时，介质质点的位移是两列波分别引起的位移的矢量和，这两列波的振动方向都沿图中竖直方向，图中细线箭头表示从左边传来一列波引起的位移，虚线箭头表示从右边传来一列波引起的位移，粗线箭头表示质点的合位移，图中粗线箭头会遮住一部分细线或虚线，质点的位置由合位移决定。
二、波的干涉
下面我们来探究两列频率及其他振动情况相同的波叠加后将发生的现象，这种现象叫做波的干涉现象。
探索研究
【学生实验】
观察水波的干涉现象。
【实验目的】
观察两列频率相同的水波相遇时发生的干涉现象。
【实验器材】
发波水槽、变频电动机、电源等，如图6-28所示。
【实验步骤】
打开变频电动机电源；
调节两小球击水深度和频率；
观察两列波叠加区域水面的波形；
改变实验条件，使两个小球以不同频率击水，观察不同频率的两列波叠加时，水面的波形。
【实验结论】______________________。
频率及其他振动情况相同的两列波叠加以后，某些区域质点的振动加强，某些区域质点的振动减弱；这些区域是互相间隔的；而且这些区域的分布是稳定的，这种现象叫做波的干涉现象。
图6-29是两列同频率水波叠加时所获得的干涉图样照片，与实验中观察到的波形类似。
两列波的频率相等是产生波的干涉现象的必要条件。波的干涉是波的重要特性之一。
大家谈
频率不同的波在空间叠加后能产生干涉现象吗？为什么？
下面我们进一步分析，干涉图样是怎样产生的。如前所述，在两列波叠加的区域，介质质点的位移是两列波分别引起的位移的矢量和。如果两个分位移方向相同，振动加强，两个分位移方向相反，振动减弱，而如果两列波频率相等，则振动加强和振动减弱的区域是稳定分布的，图6-30表示干涉图样的分布规律，S1、S2表示两个振源，实线大圆圈表示波峰，虚线大圆圈表示波谷，小圆点表示振动加强的质点，小圆圈表示振动减弱的质点，加强和减弱的区域间隔分布。
图6-31是一幅三维的干涉图样，在播放课件的活动画面时，可以清楚地看到，A、C、E点位于振动的加强区，振幅最大，B、D点位于振动的减弱区，基本保持静止不动。
三、波的衍射
下面我们讨论本节开始时提到的关于“隔墙有耳”和“一叶障目”的问题。
自主活动
列举生活中类似于“隔墙有耳”的例子。
探索研究
在发波水槽中产生一列水波，然后用一支圆珠笔插入水中，如图6-32所示，观察圆珠笔对波的传播有没有影响。
观察到的现象是_____________________________________。
在上面的实验中，如果将一块木板插入水槽，使障碍物的尺寸比波长大得多，观察到的现象是_____________________________________________。
由该实验可得出结论：当障碍物的尺寸比波长大很多时，__________________________。
当障碍物的尺寸与波长差不多时，____________________________________________。
以上是波遇到障碍物的情况，如果波遇到狭缝或小孔，又将如何？在图6-33所示的实验照片中，当水波中的狭缝宽度与波长相差不多的情况下，水波可以绕过狭缝边缘继续传播；当水波中的狭缝宽度比波长大很多时，波几乎不能绕过狭缝边缘而只能沿直线传播。
由以上探究可知，波能绕过障碍物而继续传播的现象叫做波的衍射，衍射也是波的重要特性，但观察到明显衍射现象的条件是障碍物（或狭缝、小孔等）的尺寸与波长相差不多或比波长小。
大家谈
声波的波长约在2cm到20m之间，光波的波长则小于1μm，你现在可以解释“隔墙有耳”和“一叶障目”现象吗？
文件下载（已下载 421 次）发布时间：2016/2/16 上午9:40:28 阅读次数：3345
