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2019-2020年高中物理 12.6 波的干涉教案 新人教版3-4 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識(shí)與技能 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)象也是波所特有的現(xiàn)象． （二）過程與方法 理解波的干涉是波特有的現(xiàn)象。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 了解波的干涉在生活中的應(yīng)用，感受物理與生活之間的緊密聯(lián)系。 【教學(xué)重點(diǎn)】波的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件。 【教學(xué)難點(diǎn)】波的疊加原理。 【教學(xué)方法】實(shí)驗(yàn)演示和多媒體輔助教學(xué)。 【教學(xué)用具】長繩、發(fā)波水槽（電動(dòng)雙振子）、音叉、計(jì)算機(jī)、投影儀、大屏幕、CAI課件 【教學(xué)過程】 （一）引入新課 教師：前面研究的波的衍射現(xiàn)象，是從波源發(fā)出的一列波的傳播特性。在實(shí)際情況中，?？煽吹綆琢胁ㄍ瑫r(shí)在介質(zhì)中傳播。那么，兩列或幾列波在介質(zhì)中相遇時(shí)，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？ （二）進(jìn)行新課 1．波的疊加 教師：我們有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)：將兩塊石子投到水面上的兩個(gè)不同地方，會(huì)激起兩列圓形水波。它們相遇時(shí)會(huì)互相穿過，各自保持圓形波繼續(xù)前進(jìn)，與一列水波單獨(dú)傳播時(shí)的情形完全一樣，這兩列水波互不干擾。 觀察其他波動(dòng)現(xiàn)象，同樣可以發(fā)現(xiàn)在同一介質(zhì)中傳播的幾列波相遇時(shí)，每一列波都能保持自身的頻率、波長、振動(dòng)方向和傳播方向不發(fā)生變化，這叫做波的獨(dú)立傳播原理。 兩個(gè)或幾個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體相遇時(shí)，發(fā)生碰撞，結(jié)果它們?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定會(huì)發(fā)生改變。只有波相遇時(shí)會(huì)互相穿過，相遇后跟沒有遇到其他波一樣，能保持本身特性繼續(xù)傳播。 兩列波相遇時(shí)是怎樣互相穿過的呢？我們可以仔細(xì)觀察下述實(shí)驗(yàn)。 【演示】在一根水平長繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下，分別產(chǎn)生兩個(gè)凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播。 觀察現(xiàn)象：兩列波彼此穿過，繼續(xù)傳播。波形和傳播情況跟相遇前一樣。 ［課件演示：波的干涉，演示波的疊加場(chǎng)景。］ 對(duì)現(xiàn)象的解釋：在介質(zhì)中選一點(diǎn)P為研究對(duì)象，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波峰，則引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)也傳播到了P點(diǎn)，若恰好也是波峰，則也會(huì)引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向上的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)被加強(qiáng)了。（當(dāng)然，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波谷，則引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)傳播到了P點(diǎn)時(shí)，若恰好也是波谷，則也會(huì)引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向下的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)還是被加強(qiáng)了。）用以上的分析，說明什么是振動(dòng)被加強(qiáng)。 波源1經(jīng)過半周期后，傳播到P點(diǎn)的振動(dòng)變?yōu)椴ü?，就?huì)使P點(diǎn)的振動(dòng)向下，但此時(shí)波源2傳過來的振動(dòng)不一定是波谷（因?yàn)閮刹ㄔ吹闹芷诳赡懿煌?，所以，此時(shí)P點(diǎn)的振動(dòng)可能被減弱，也可能是被加強(qiáng)的。（讓學(xué)生來說明原因） 提問：如果希望P點(diǎn)的振動(dòng)總能被加強(qiáng)，應(yīng)有什么條件? 提問：如果在介質(zhì)中有另一質(zhì)點(diǎn)Q，希望Q點(diǎn)的振動(dòng)總能被減弱，應(yīng)有什么條件? 學(xué)生思考并回答：波源1和波源2的周期應(yīng)相同。 教師總結(jié)：兩列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與兩列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。 結(jié)論：在兩列波重疊的區(qū)域里，任一時(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移，等于這兩列波單獨(dú)傳播到該點(diǎn)時(shí)引起的位移的矢量和，這叫做波的疊加原理。這一原理對(duì)于一切波都是適用的。 2．波的干涉 教師：一般地說，振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向都不相同的幾列波在介質(zhì)中疊加時(shí)，情形是很復(fù)雜的。我們只討論一種最簡(jiǎn)單的但卻是最重要的情形，就是兩個(gè)振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率都相同的波源所發(fā)出的波的疊加。 【演示】在發(fā)波水槽實(shí)驗(yàn)裝置中，振動(dòng)著的金屬薄片AB，使兩個(gè)小球S1、S2同步地上下振動(dòng)，由于小球S1、S2與槽中的水面保持接觸，構(gòu)成兩個(gè)波源，水面就產(chǎn)生兩列振動(dòng)方向相同、頻率也相同的波，這樣的兩列波相遇時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象如課本圖12.6－2所示。課本圖12.6－2所示是從發(fā)波水槽上方拍攝的照片，從照片中可以清晰地看到，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱區(qū)域相互間隔分布的情況。 ［課件演示：水波的干涉，觀察實(shí)物圖和立體圖。］ 為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的疊加原理來解釋。 課本圖12.6－3所示的是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的示意圖。S1和S2表示兩列波的波源，它們所產(chǎn)生的波分別用兩組同心圓表示，實(shí)線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。某一時(shí)刻，如果介質(zhì)中某點(diǎn)正處在這兩列波的波峰中央相遇處（課本圖12.6－3所示中的M點(diǎn)），則該點(diǎn)（M點(diǎn)）的位移是正向最大值，等于兩列波的振幅之和。經(jīng)過半個(gè)周期，兩列波各前進(jìn)了半個(gè)波長的距離，M點(diǎn)就處在這兩列波的波谷中央相遇處，該點(diǎn)（M點(diǎn)）的位移就是負(fù)向最大值。再經(jīng)過半個(gè)周期，M點(diǎn)又處在兩列波的波峰中央相遇處。這樣，M點(diǎn)的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以M點(diǎn)的振動(dòng)總是最強(qiáng)的。這些振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)都分布在課本圖12.6－3中畫出的粗實(shí)線上。某一時(shí)刻，介質(zhì)中另一點(diǎn)如果正處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處（課本圖12.6－3中的N點(diǎn)），該點(diǎn)位移等于兩列波的振幅之差。經(jīng)過半個(gè)周期，該點(diǎn)就處在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇處，再經(jīng)過半個(gè)周期，該點(diǎn)又處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處。這樣，該點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點(diǎn)的振動(dòng)總是最弱的。如果兩列波的振幅相等，這一點(diǎn)的振幅就等于零。這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)平靜的原因。這些振動(dòng)最弱的點(diǎn)都分布在課本圖12.6－3中畫出的粗虛線上?？梢钥闯?，振動(dòng)最強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)最弱的區(qū)域是相互間隔開的。 ［課件演示：水波的干涉，觀察示意圖。］ 總結(jié)：頻率相同的波，疊加時(shí)形成某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。 只有兩個(gè)頻率相同的波源發(fā)出的波，疊加時(shí)才會(huì)獲得穩(wěn)定的干涉圖樣，這樣的波源叫做相干波源，它們發(fā)出的波叫做相干波。 不僅水波，一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是一切波都具有的重要特征之一。 【演示】敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉。引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：可以聽到聲音忽強(qiáng)忽弱。 解釋：這是聲波的干涉現(xiàn)象。音叉的兩股振動(dòng)頻率相同，這樣，兩列頻率相同的聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，有的區(qū)域振動(dòng)減弱，于是聽到聲音忽強(qiáng)忽弱的現(xiàn)象。 ［鞏固練習(xí)］ 1．甲、乙兩同學(xué)分別用竹竿擊打湖面，湖面上就產(chǎn)生兩列水波，那么，在兩列水波相遇處，會(huì)獲得穩(wěn)定的干涉圖樣嗎？為什么？ 2．如圖所示，相干波源S1、S2發(fā)出的兩列波，在介質(zhì)中相遇疊加，實(shí)線表示這兩列波的波峰中央，虛線表示這兩列波的波谷中央。問圖中A、B、C、P四個(gè)質(zhì)點(diǎn)，哪些點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng)？哪些點(diǎn)振動(dòng)最弱？ （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了波的疊加和波的干涉。 兩列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與兩列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。 頻率相同的波，疊加時(shí)形成某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。 一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的特有現(xiàn)象。 （四）課余作業(yè) 完成P43 “問題與練習(xí)”的題目。 附：教學(xué)建議： 1．波的干涉實(shí)質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象．所以，理解波的疊加現(xiàn)象是認(rèn)識(shí)波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)．這里關(guān)鍵是理解兩列波相遇而發(fā)生疊加時(shí)，對(duì)某一質(zhì)點(diǎn)來說，它每一時(shí)刻振動(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．而不同時(shí)刻，這一質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的總位移則可能是不同的． 2．在學(xué)生理解疊加的基礎(chǔ)上，再進(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”——干涉圖樣：某些點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些點(diǎn)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．對(duì)干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象能力，有的學(xué)生一下子不容易理解，應(yīng)適當(dāng)給予指點(diǎn)．有條件的還可以借助多種教學(xué)手段（如模型、計(jì)算機(jī)模擬等），盡可能形象、直觀地幫助學(xué)生理解和想象． 3．與衍射現(xiàn)象相同，高中階段對(duì)于干涉現(xiàn)象也不從理論上進(jìn)行討論．教學(xué)中要注意掌握分寸，避免增加難度．如教材中未強(qiáng)調(diào)相干條件，只是就特殊情況，即振源的振動(dòng)步調(diào)相同（同相）的情況，敘述了波的干涉，教學(xué)中不宜補(bǔ)充．