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2019-2020年高中物理《波的干涉》教案1 新人教版選修3-4 波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象，所以對(duì)波的疊加現(xiàn)象的理解是認(rèn)識(shí)波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)，教材首先講了波的疊加現(xiàn)象，即兩列波相遇而發(fā)生疊加時(shí)，對(duì)某一質(zhì)點(diǎn)而言，它每一時(shí)刻的振動(dòng)的總位移，都等于該時(shí)刻兩列波在該質(zhì)點(diǎn)引起的位移的矢量和。 在學(xué)生理解波的疊加的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說明在特殊情況下，即當(dāng)兩列波的頻率相同時(shí)，疊加的結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣，即某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終減弱，并且加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)相互間隔，這就是干涉現(xiàn)象。 由于對(duì)干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象力，可以錯(cuò)助圖片、計(jì)算機(jī)模擬，盡可能使學(xué)生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象。 對(duì)波的干涉現(xiàn)象，不要求從理論上推導(dǎo)，教學(xué)時(shí)應(yīng)注意掌握教學(xué)要求，以免增加難度。 一． 知識(shí)目標(biāo) 1． 知道波的疊加原理 2． 知道什么是波的干涉現(xiàn)象和波的干涉圖樣 3． 知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象 二． 能力目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力 三． 德育目標(biāo) 通過波的疊加原理，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物之間的普遍聯(lián)系 四． 教學(xué)重點(diǎn) 波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象 五． 教學(xué)難點(diǎn) 波的干涉中加強(qiáng)點(diǎn)的減弱點(diǎn)的位移和振幅的區(qū)別 六． 教學(xué)過程 一． 引入 什么是波的衍射？ 產(chǎn)生明顯衍射的條件是什么？ 波的衍射是一個(gè)波源發(fā)出的波的情況，那么兩列波或兩列以上的波在同一介質(zhì)中傳播又會(huì)發(fā)生什么樣的情況呢？ 二． 新課教學(xué) 1． 波的疊加原理 設(shè)問：把兩個(gè)石子在不同的地方投入到池塘的水中，就會(huì)有兩列波在水面上傳播，兩列波相遇時(shí)會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，都將改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢， 演示：用一根長繩，兩同學(xué)在這根長繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下學(xué)生觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：抖動(dòng)一下后，看到有兩個(gè)凸起的狀態(tài)相向傳播， 兩列波相遇后彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播情況和相遇前完全一樣。 總結(jié)：兩列波相遇以后，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，這就是波的獨(dú)立特性。 [多媒體演示相遇前和相遇后的波形] 相遇后 相遇前 引導(dǎo)：兩列波在相遇前后都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么在兩列波相遇的區(qū)域里，情況又是怎樣的呢？ [多媒體演示繩波相遇區(qū)的情況] 總結(jié)：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，這叫波的疊加原理。 討論：兩列波振動(dòng)方向相同和相反的波疊加時(shí)，振幅如何變化？振動(dòng)是加強(qiáng)還是減弱？ 兩列波疊加時(shí)，若兩列波振動(dòng)方向相同，則振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大；若兩列波振動(dòng)方向相反，則振動(dòng)減弱，振幅減小。 2． 波的干涉 演示：把兩個(gè)金屬絲固定在同一個(gè)振片上，當(dāng)振片振動(dòng)時(shí)兩根金屬絲周期性的觸動(dòng)水面，形成兩列波，觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域出現(xiàn)的現(xiàn)象。 說明：由于這兩列波是同一個(gè)振動(dòng)片引起的，所以這兩列波的振動(dòng)頻率和振動(dòng)步調(diào)相同 現(xiàn)象：在振動(dòng)的水面上出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對(duì)平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上是固定的，而且相互隔開。 [多媒體演示課本中水波的干涉圖樣及波的干涉示意圖] 為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 會(huì)析：A點(diǎn)，設(shè)波源S1、S2在A點(diǎn)引起的振幅分別為A1、A2，以波峰和波峰在A點(diǎn)相遇開始計(jì)時(shí)，波源S1、S2在A點(diǎn)引起的振動(dòng)圖像分別如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊時(shí)，由波的疊加原理可知，質(zhì)點(diǎn)A同時(shí)參與這兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)的圖像如圖丙所示。 A1 -A1 t y A2 -A2 t y A1+A2 -(A1+A2) y t 說明：從圖中可以看出，對(duì)于A點(diǎn)，在t=0時(shí)刻，是兩波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期就變成波谷和波谷相遇，而質(zhì)點(diǎn)A的位移是兩列波分別引起A點(diǎn)位移的矢量和，A點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。 A1 -A1 t y A2 -A2 t y A1+A2 -(A1+A2) y t B點(diǎn)，以S1、S2分別將波峰的波谷傳到B點(diǎn)的時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，波源S1、S2分別引起質(zhì)點(diǎn)B的振動(dòng)的圖像如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波在B點(diǎn)疊加后質(zhì)點(diǎn)B同時(shí)參與兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，位移仍為兩列波在B點(diǎn)各自位移的矢量和，合振動(dòng)圖像如圖丙所示 總結(jié)：我們看到兩列波在B點(diǎn)引起的振動(dòng)的位移總是想反且同時(shí)到達(dá)最大值和最小值，這時(shí)，質(zhì)點(diǎn)B的振幅等于兩列波振幅之差的絕對(duì)值，B點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)。 總結(jié)：當(dāng)頻率相同的波相遇時(shí)，當(dāng)兩列波的波峰在介質(zhì)中某點(diǎn)（如A點(diǎn)）相遇時(shí)，兩列波在此點(diǎn)引起的振動(dòng)總是同時(shí)到達(dá)波峰和波谷，同時(shí)位于平衡位置崮此，該點(diǎn)仍以波源的頻率在平衡位置振動(dòng)，只是振幅等于兩列波單獨(dú)存在時(shí)引起的振幅之和，這就是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) 當(dāng)這兩列波的波峰和波谷在介質(zhì)中某點(diǎn)（如B點(diǎn)）相遇時(shí)，兩列波在此點(diǎn)引起的振動(dòng)的位移總是相反的，且同時(shí)達(dá)到最大值和最小值，因此，該點(diǎn)仍以波源的頻率在平衡位置振動(dòng)，只是振幅等于兩列波單獨(dú)存在時(shí)引起的振幅之差的絕對(duì)值，這就是振動(dòng)減弱點(diǎn)。 若兩列波的振幅相等，在振動(dòng)減弱點(diǎn)引起的振動(dòng)的合位移有什么特點(diǎn)？ 合位移為零，即在振動(dòng)減弱點(diǎn)，介質(zhì)不振動(dòng) 在圖中實(shí)線與實(shí)線或虛線與虛線的交點(diǎn)為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，這些點(diǎn)連成的線用黑實(shí)線畫出，表示振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域，反之，為振動(dòng)減弱區(qū)。 可見，頻率相同的兩列波疊加使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的振動(dòng)減弱區(qū)域相互隔開，這種現(xiàn)象叫波的干涉，所形成的圖樣叫干涉圖樣。 3． 產(chǎn)生波干涉的條件 演示比較：用同一個(gè)振片帶動(dòng)兩個(gè)振針振動(dòng)，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象、用兩個(gè)振動(dòng)頻率不同的振針激起兩列水波觀察現(xiàn)象 現(xiàn)象：前者中有穩(wěn)定的干涉圖樣，后者中沒有穩(wěn)定的干涉圖樣 總結(jié)：要形成穩(wěn)定的干涉圖樣，互相疊加的兩列波的頻率必須相同。 說明：如果兩列波疊加時(shí)，如果振幅相差很大，將不會(huì)有明顯的干涉圖樣，因?yàn)檎駝?dòng)加強(qiáng)區(qū)域和振動(dòng)減弱區(qū)域都在振動(dòng)而且振幅差別不明顯 課堂練習(xí)： 1． 如圖所示是沿一條直線相向傳播的兩列振幅和波長均相等的波，它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個(gè)？ A B C D a e c d b 2． 如右圖所示是某時(shí)刻兩列波發(fā)生干涉的圖樣，找出振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)（ ） a減弱 bc加強(qiáng) d點(diǎn)處在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)上，因此也是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，在此時(shí)刻正好處在平衡位置上。 e點(diǎn)即不加強(qiáng)也不減弱，振幅即不是最大也不是0