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2019-2020年高中物理《波的干涉》教案3 新人教版選修3-4 ●教學目標 一、知識目標 1.知道波的疊加原理。 2.知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。 3.知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象。 二、能力目標 培養(yǎng)學生的空間想象能力。 三、德育目標 通過波的疊加原理，使學生認識到事物之間的普遍聯(lián)系。 ●教學重點 波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象。 ●教學難點 波的干涉中加強點和減弱點的位移和振幅的區(qū)別。 ●教學方法 實驗法、電教法、訓練法。 ●教學用具 實物投影儀、CAI課件、波的干涉實驗儀。 ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［投影］本節(jié)課的學習目標： 1.知道波具有獨立傳播的特性和兩波疊加的位移規(guī)律。 2.知道波的干涉現(xiàn)象，知道干涉是波的特性之一。 3.理解波的干涉原理。 4.知道產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件。 ●學習目標完成過程 一、引入 ［投影復習思考題］ 1.什么叫波的衍射？ 2.產生明顯的衍射的條件是什么？ 學生答 波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。 只有縫、孔的寬度和障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能產生明顯的衍射現(xiàn)象。 教師：波的衍射研究的是一個波源發(fā)出波的情況，那么兩列或兩列以上的波在同一介質中傳播，又會發(fā)生什么情況呢？ 二、新課教學 (一)波的疊加原理 ［設問］把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水中，就有兩列波在水面上傳播，兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，都改變原來的運動狀態(tài)呢？ ［演示］ 取一根長繩，兩位同學在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，學生觀察現(xiàn)象。 ［學生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：抖動一下后，看到有兩個凸起狀態(tài)在繩上相向傳播。 現(xiàn)象二：兩列波相遇后，彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播的情形跟相遇前一樣. ［教師總結］ 兩列波相遇后，每列波都像相遇前一樣，保持各自原來的波形，繼續(xù)向前傳播，這是波的獨立傳播特性。 ［多媒體模擬繩波相遇前和相遇后的波形］ ［教師］ 剛才，通過實驗，我們知道了兩列波在相遇前后，它們都保持各自的運動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響，那么在兩列波相遇的區(qū)域里情況又如何呢？ ［多媒體模擬繩波相遇區(qū)的情況］ ［教師總結］ 在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個質點同時參與兩個振動，其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和.當兩列波在同一直線上振動時，這兩種位移的矢量和簡化為代數(shù)和，這叫做波的疊加原理。 ［強化訓練］ 兩列振動方向相同和振動方向相反的波疊加，振幅如何變化？振動加強還是減弱？ 學生討論后得到： 兩列振動方向相同的波疊加，振動加強，振幅增大。 兩列振動方向相反的波疊加，振動減弱，振幅減小。 (二)波的干涉 ［實物投影演示］ 把兩根金屬絲固定在同一個振動片上，當振動片振動時，兩根金屬絲周期性地觸動水面，形成兩個波源，觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域里出現(xiàn)的現(xiàn)象。 ［教師說明］ 由于這兩列波是由同一個振動片引起的，所以這兩個波源的振動頻率和振動步調相同. ［學生敘述現(xiàn)象］ 在振動的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。 ［用多媒體展示課本水波的干涉圖樣及波的干涉的示意圖］ ［教師］為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 結合課本圖10~30進行分析： 對于圖中的a點： 設波源S1、S2在質點a引起的振幅分別為A1和A2，以圖中a點波峰與波峰相遇時刻計時波源S1、S2引起a質點的振動圖象如下圖甲、乙所示，當兩列波重疊時，質點A同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示： 從圖中可看出：對于a點，在t=0時是兩列波的波峰和波峰相遇，經過半個周期，就變成波谷和波谷相遇，也就是說：在a點，兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和，即a點始終是振動加強點。 說明的幾個問題： 1.從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動加強的點a振動步調是一致的，引起質點a的振動方向是一致的，振幅為A=A1+A2 . 2.振動加強的質點a并不是始終處于波峰或波谷，它仍然在平衡位置附近振動，只是振幅最大，等于兩列波的振幅之和。 那么，振動減弱的點又是如何形成的呢？ 以波源S1、S2分別將波峰、波谷傳給減弱點(例如b點)時刻開始計時，波源S1、S2分別引起質點b振動的圖象如圖甲、乙所示，當兩列波重疊后，質點b同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示。 在b點是兩列波的波峰和波谷相遇，經過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點兩列波引起的合振動始終是減弱的，質點振動的振幅等于兩列波的振幅之差。 說明的幾個問題： 1.從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點時引起b點的振動方向相反，振幅為A=|A1-A2|. 2.振動減弱的質點b并不是一定不振動，只是振幅最小，等于兩列波的振幅之差。 ［學生閱讀課文相關內容］ ［強化訓練］ 1.如圖所示，沿一條直線相向傳播的兩列波的振幅和波長均相等，當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個？ 2.如圖所示是兩列波發(fā)生干涉的圖樣，圖中a、b、c、d、e各點的振動情況如何？ 參考答案 1.當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域里所有的質點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，所以選項B 正確.當兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質點，振動的位移加倍，所以選項C也是正確的。 所以本題應選B、C 2.解：a是振動減弱點；b、c是振動加強點，d處在振動加強區(qū)上，因此也是振動加強點，只好在此時刻它恰好處在平衡位置上；e點既不在振動加強區(qū)上，也不在振動減弱區(qū)上，因此它的振幅既不是最大，也不是零。 (三)產生波的干涉的條件 ［對比投影演示實驗］ 實驗一： 在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用同一振動片帶動兩個振針振動，觀察產生的現(xiàn)象。 實驗二： 在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用二個振針分別激起兩列水波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［學生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實驗一) 現(xiàn)象二：實驗二中，得到的干涉圖樣是不穩(wěn)定的。 ［教師總結］ 如果互相疊加的兩列波波源頻率相同，振動情況相同，則產生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。 說明： 1.干涉現(xiàn)象中那些總是振動加強的點或振動減弱的點是建立在兩個波源產生的頻率相同的前提條件下。 2.如果兩列頻率不同的波相疊加，得到的圖樣是不穩(wěn)定的；而波的干涉是指波疊加中的一個特例，即產生穩(wěn)定的疊加圖樣。 3.如果兩列波頻率相同，但振幅相差很大將不會有明顯的干涉現(xiàn)象，因為振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)都在振動，振幅差別不大。 ［強化訓練］ 關于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是 A.任意兩列波都能產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象 B.發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波，它們的頻率一定相同 C.在振動減弱的區(qū)域，各質點都處于波谷 D.在振動加強的區(qū)域，有時質點的位移等于零 參考答案 兩列波疊加產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的，不是任意兩列波都能產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的，兩列波疊加產生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個必要條件是兩列波的頻率相同，所以選項A是錯誤的而選項B是正確的；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質點的振動始終是減弱的，質點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質點振動的振幅就等于零，也不可能各質點都處于波谷，所以選項C是錯誤的.在振動加強的區(qū)域里，兩列波引起質點的振動始終是加強的，質點振動的最激烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，但這些點始終是振動著的，因而有時質點的位移等于零，所以選項D是正確的。 所以本題應選B、D  ［題后總結］ 1.不論是振動加強點還是振動減弱點，位移仍隨時間做周期性變化。 2.一切波都能夠產生干涉和衍射現(xiàn)象；反之能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象的必定是波。 三、小結 ［投影出示小結思考題］ 1.什么是波的獨立性？ 2.什么是波的疊加原理？ 3.什么是波的干涉？ 4.產生穩(wěn)定干涉的條件是什么？ 四、作業(yè) 1.課本中的本節(jié)課后第3題 2.課本中的做一做：觀察聲音的干涉現(xiàn)象. 五、板書設計 1.頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域內的振動加強，某些區(qū)域內的振動 減弱，且振動加強和減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。 2.產生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波的頻率相同。 3.①確定干涉時，加強區(qū)域和減弱區(qū)域的位置是確定的，即加強點(域)始終加 強，減弱點(域)始終減弱。 ②不論是增強區(qū)還是減弱區(qū)，各質點都做與波源相同的振動，各質點的位 移是周期性變化的 波的干涉