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波的干涉疑难点剖析

2013-08-13 21:50阅读：

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波的干涉疑难点剖析

赵生武
(甘肃省永登县第一中学 730300)

波的干涉是波特有的干涉不能彻底、清楚地理解，尤其对振动加强、振动减弱的分析更是模糊不清。下面就波的干涉的几个疑难点予以剖析讲解。
一、对波的叠加的理解
几列波相遇时能够保持各自的运动状态继续传播；在它们重叠的区域内，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分别引起的位移的矢量和。
教材中只说明质点振动的位移，而没有解释质点振动的速度问题。学生在分析波的叠加时，尤其是在质点位移的矢量和等于零的条件下，很容易认为质点的速度也为零。其实，在重叠区域内介质的质点运动速度也等于两列波单独引起的速度的矢量和。
例题1、如图所示，橡皮绳上甲波
峰向右传播，乙波谷向左传播，若它们的振幅和波长都相同，则它们相遇时相互叠加如图所示。此时图中的M、N、x、y等质点的振动方向是（ ）
波的干涉疑难点剖析
A.M向上、N向下
B.M向下、N向上
C.x、y均静止
D. x、y均向上
解析：由波的叠加原理可知，在两列波重叠的区域内，M、N、x、y等质点的位移矢量和均为零，但速度的矢量和不为零。M点：两列波分别引起的速度方向均向下，速度的矢量和向下；N点：两列波分别引起的速度方向均向上，速度的矢量和向上；同理分析，x点的速度矢量和向下，y点的速度矢量和向上。故选B项。
二、对波的干涉的理解
1、干涉是波叠加的结果，任意两列机械波相遇时都会叠加，但只有叠加的两列波的频率相同时，才能出现稳定的干涉现象。也就是说，有干涉现象，一定有波的叠加；但有波的叠加，不一定有波的干涉。
2、如果两列波的频率相同，但振幅相差很大时，由于振动加强区域和振动减弱区域的振幅相差不大，干涉现象虽然稳定，但不明显。
3、如果两列波的频率不同，在同一种介质中传播时，其波长不相等。如果某时刻在某点两列波的波峰相遇，振动加强，此后两列波并不总是使该点的振动加强。有时一列波的波峰到达该点，另一列波的波谷到达该点，则振动减弱。这样，就不能形成稳定的振动加强点和减弱点。因此形成不稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
三、对振动加强点和振动减弱点的正确理解
干涉现象的特征是使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强区域和振动减弱区域相互间隔。理解振动加强和振动减弱应把握以下几个要点。
1、振动加强区域是指区域内质点的振幅最大，但质点的位移也有等于零的时刻。设两列相干波源单独引起的振幅是A1、A2，则振动加强的振幅A=A1+A2,但加强点任在平衡位置两侧振动，位移在︱A1+A2︱～0～—︱A1+A2︱之间做周期性变化，不能认为加强点始终处于波峰或波谷。振动减弱区域是指区域内质点的振幅最小，即A=︱A1－A2︱，位移在︱A1－A2︱～0～—︱A1—A2︱之间周期性变化。只有当A1=A2，时，振动减弱点位移为零，始终处于平衡位置而不振动。 波的干涉疑难点剖析
2、振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。例如某时刻两列相干波的波峰与波峰相遇，是加强点，经四分之一后两列波在平衡位置相遇，尽管位移为零，但质点在该时刻的速度却达到最大，仍然属于振动加强。振动加强还是减弱决定于质点到两相干波源的距离之差与波长的关系，而与时间无关。
3、振动加强区域和振动减弱区域是相互间隔，而不是振动加强点和振动减弱点相互间隔。振动加强点位于一条线上构成“加强区域”；振动减弱点位于一条线上构成“减弱区域”。加强区域内的质点都是“加强点”，减弱区域内的质点都是“减弱点”。但需注意，两加强点间的连线不一定是“加强区域”，两减弱点间的连线不一定是“减弱区域”。
4、在波的干涉现象中，振动加强区域和振动减弱区域不可能相交，并且振动加强区域和振动减弱区域以两相干波源的连线为对称轴两侧对称，也以两波源连线的中垂线为对称轴两侧对称。
波的干涉疑难点剖析例题2、如图所示是水波干涉示意图，实线表示波峰，虚线表示波谷，S1 、 S2是两波源，E为AB、CD连线的交点，两波源频率相同，振幅等大，下列说法正确的是( )
A． 质点A的位移始终最大
B． 质点C始终保持静止不动
C． 质点A是振动加强点，质点B的振动时而加强时而减弱
D． 由于质点C、D为振动减弱点，所以质点E为振动减弱点
解析：由振动加强点的位移特点可知选项A错误；质点C是振动减弱点且两列波振幅等大，所以质点C始终静止不动，故选项B正确；质点B始终是振动加强点，故选项C错误；由于AB连线是加强区域，所以AB连线上的质点E为加强点，质点C、D尽管是减弱点，但CD连线不是减弱区域，故选项D错误。






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