师：同学们，我们今天学习机械波的性质。先来看一个问题，唐代诗人王维有一首诗，前两句是“空山不见人，但闻人语响”，意思是幽静的山谷里看不见人，却能听到人说话的声音。这表明声波可以绕过树木，透过树林传到远处。但同学们想想，为什么声波能绕过，却看不见人呢？带着这个疑问，我们来看这是怎样一种现象。这里有障碍物挡住波向前传播，不过有一个小孔。波源发出波后，如果波沿直线传播，被障碍物挡住的区域应该是阴影区域。但我们看到，波穿过小孔到达了阴影区域，这种不绕过障碍物继续传播的现象，我们叫做波的衍射。“衍”的含义是延展，波的衍射就是波延展到影子区域里的现象。那么，波的衍射是否明显跟什么有关呢？我们来看动画演示。

　　当孔的尺寸远大于波的波长时，会发生什么现象呢？我们发现波好像沿直线传播，几乎没有发生衍射。也就是说，当孔的尺寸远远大于波的长度时，衍射现象非常不明显。现在，把缝的宽度调整到跟波的波长差不多，与刚才对比，能清晰看到阴影区域有波到达，发生了比较明显的衍射。如果把缝的宽度变得更小，会发现衍射现象变得更加明显。通过这三个对比，我们可以清晰看到，波要发生明显的衍射，缝的宽度或者障碍物的尺寸要与波波长差不多或者更小，这就是发生明显衍射的条件。

　　我们来看一道例题：下列关于波的衍射说法，正确的是（ ）。

　　A. 衍射是一切波特有的现象。

　　B. 对于同一列波，缝孔的宽度和障碍物的尺寸跟波长差不多或者比波长更小的时候，衍射现象明显。

　　C. 只有横波才能发生明显的衍射现象，纵波不能发生衍射现象。

　　D. 声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大。

　　这是一道多选题，同学们想一想，正确的是哪几个选项？很明显，衍射是一切波特有的现象，只要是波就一定能发生衍射，反过来，能发生衍射的一定是波，所以A正确，C错误。B选项显然正确。D选项，同学们要注意，声波的波长在1.7厘米到17米之间，一般看到的障碍物尺寸或孔的大小与17米相比，声波波长较大，所以声波能发生明显的衍射现象，这就是王维诗中“空山不见人，但闻人语响”，声波能透过树木穿过森林的原因。还有句话叫“隔墙有耳”，讲的也是声波的衍射。但光波波长较短，不容易发生明显的衍射，这就是“空山不见人”的原因。根据上面的学习，我们对衍射有这样一些总结：

　　衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。

　　衍射现象总是存在的，只是有明显与不明显的差异。

　　障碍物或者孔的尺寸大小，不是决定衍射能否发生的条件，衍射是必然发生的，而是决定发生明显衍射的条件。

　　一般情况下，波长较大的波容易发生明显的衍射现象。

　　接下来研究下一个问题。操场上装有两个相同的扬声器，同时发声时，我们绕操场走一圈，会发现有些地方声音加强，有些地方声音减弱。这是为什么呢？这其实就是声波的干涉。要了解干涉，首先要解决波的叠加问题。我们来看两列波如何叠加。注意看慢镜头，波峰与波峰叠加，分开后，再看一次波峰与波峰叠加，两列波重叠时，位移相加，分开后好像什么都没发生，各自传播。再看波峰与波谷叠加，注意慢镜头，重叠区域震动相互减弱，再看一遍，减弱后，叠加完各自传播。通过这段视频，我们发现两列波叠加遵循什么原则呢？

　　我们从视频中取两幅图。第一幅，波峰与波峰叠加，两列波叠加时，一个波把质点推到波峰位置，另一个波也把它推到波峰位置，此时质点所在位置的振幅就是两个波峰或两个振幅相加，这一点震动能量最大，振幅最大，我们称这一点震动加强，振幅增大。若波1的振幅是A1，波2的振幅是A2，此时这一点震动加强，振幅就是A1 + A2 。再看波峰与波谷叠加这幅图，为了效果更明显，取波a和波的振幅A1 = A2 。在叠加的点，左边的波想把质点推到A1位置，右边的波想把它推到下方最大位移处，因为A1 = A2 ，叠加时振幅为0，震动步调相反，震动减弱，振幅减小。

　　如果有两列频率相同的水波叠加，叠加区域会出现什么现象呢？会发现有亮的部分，相当于震动加强区域；有暗的部分，相当于震动减弱区域，并且亮暗间隔分布。这种现象就叫做波的干涉。频率相同的两列同种性质的波相遇，使某些区域震动始终加强，某些区域震动始终减弱，且震动加强和减弱区域相互间隔，这种现象叫波的干涉，形成的图样叫干涉图样。这是一个动态图，能看出明暗相间，加强区域和减弱区域明暗相间，这个图更清楚，实线代表震动加强区、震动加强点，虚线代表震动减弱区域、震动减弱点，这就是波的干涉示意图。

　　波的叠加和波的干涉有什么联系和区别呢？波的叠加没有条件，任何频率的两列波在空中相遇都会叠加。但要产生稳定的干涉是有条件的，必须频率相同，这是关键，还要是同性质的波相遇，才能产生稳定的干涉。波的干涉是波叠加的特殊情形，干涉和衍射都是波特有的现象。

　　为什么两列频率相同的波能出现始终加强或始终减弱的区域呢？比如a点，波源S1在某时刻把a点拉到波峰位置，波源S2在同一时刻也把a点拉到波峰位置。S1的振幅是A1，S2的振幅是A2，对a点来说，两个波都往上拉，此时它的振幅就是A1 + A2 ，位移也是正的A1 + A2 ，位移最大。经过半个周期，S1把a点拉到波谷，S2同样也把a点拉到波谷。之后都从波谷走到平衡位置，再到波峰，会发现S1和S2在a点的振动步调永远相同。S1往上，S2也往上，S1往下，S2也往下，震动步调永远相同，所以a点振幅就是A1 + A2 ，能量最大。

　　相反，b点，S1想把它拉到波峰，S2想把它拉到波谷，此时位移就是|A1 - A2|，振幅也是|A1 - A2| 。经过半个周期，S1想把它拉到波谷，S2想把它拉到波峰，会发现S1和S2在b点的振动步调永远相反。所以b点振幅就是|A1 - A2| ，能量始终最小。若A1 = A2 ，b点振幅就等于0，意味着b点始终不震动。这就是a点始终是加强点，b点始终是减弱点的原因。同样，实线上每一点情况和a点一致，虚线上每一点情况和b点一致。