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2019-2020年高中物理《波的干涉》教案5 新人教版選修3-4 【教材分析】 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，再進(jìn)一步說(shuō)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圖，可借助圖片、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. 【教學(xué)目標(biāo)】 1.知道波的疊加原理. 2.知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣. 3.知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象. 【教學(xué)重點(diǎn)】：波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象. 【教學(xué)難點(diǎn)】：波的干涉中加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的位移和振幅的區(qū)別. 【教學(xué)方法】：實(shí)驗(yàn)法、電教法、訓(xùn)練法. 【教學(xué)用具】：實(shí)物投影儀、CAI課件、波的干涉實(shí)驗(yàn)儀. 【教學(xué)過(guò)程】 一、引入 1.什么叫波的衍射？ 2.產(chǎn)生明顯的衍射的條件是什么？ 學(xué)生答：波可以繞過(guò)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(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象. 教師：波的衍射研究的是一個(gè)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(zhì)中傳播，又會(huì)發(fā)生什么情況呢？ 二、新課教學(xué) (一)波的疊加原理 ［設(shè)問(wèn)］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(shí)，會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，都改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？ ［演示］取一根長(zhǎng)繩，兩位同學(xué)在這根水平長(zhǎng)繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下，學(xué)生觀察現(xiàn)象. ［學(xué)生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：抖動(dòng)一下后，看到有兩個(gè)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(guò)，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(jié)］兩列波相遇后，每列波都像相遇前一樣，保持各自原來(lái)的波形，繼續(xù)向前傳播，這是波的獨(dú)立傳播特性. ［多媒體模擬繩波相遇前和相遇后的波形］ 相遇前 1 2 1 2 相遇后 [教師]剛才，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們知道了兩列波在相遇前后，它們都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，彼此都沒(méi)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] 2 1 ［教師總結(jié)］在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，其振動(dòng)位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和.當(dāng)兩列波在同一直線上振動(dòng)時(shí)，這兩種位移的矢量和簡(jiǎn)化為代數(shù)和，這叫做波的疊加原理. ［強(qiáng)化訓(xùn)練］兩列振動(dòng)方向相同和振動(dòng)方向相反的波疊加，振幅如何變化？振動(dòng)加強(qiáng)還是減弱？ 學(xué)生討論后得到：兩列振動(dòng)方向相同的波疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，振幅增大；兩列振動(dòng)方向相反的波疊加，振動(dòng)減弱，振幅減小. (二)波的干涉 ［實(shí)物投影演示］把兩根金屬絲固定在同一個(gè)振動(dòng)片上，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根金屬絲周期性地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)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(shuō)明］由于這兩列波是由同一個(gè)振動(dòng)片引起的，所以這兩個(gè)波源的振動(dòng)頻率和振動(dòng)步調(diào)相同. ［學(xué)生敘述現(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(lái)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)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開. 兩列頻率相同的水波相遇，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱相互間隔的現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣。 干涉；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，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉。 在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫干涉圖樣。由于兩列波的頻率相同，振動(dòng)加強(qiáng)處總是加強(qiáng)，振動(dòng)減弱處總是減弱，所以出現(xiàn)了穩(wěn)定的干涉圖樣。 ［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(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 結(jié)合課本圖10－30進(jìn)行分析： 對(duì)于圖中的a點(diǎn)： 設(shè)波源S1、S2在質(zhì)點(diǎn)a引起的振幅分別為A1和A2，以圖中a點(diǎn)波峰與波峰相遇時(shí)刻計(jì)時(shí)，波源S1、S2分別引起a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點(diǎn)a同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)圖象如圖丙所示： t y 0 A1 －A1 甲 t y 0 A2 －A2 乙 t y 0 A1+A2 －(A1+A2) 丙 從圖中可看出：對(duì)于a點(diǎn)，在t=0時(shí)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，就變成波谷和波谷相遇，也就是說(shuō)：在a點(diǎn)，兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和，即a點(diǎn)始終是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn). 說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題： 1．從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)a振動(dòng)步調(diào)是一致的，引起質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向是一致的，振幅為A1＋A2. 2．振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)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(dòng)，只是振幅最大，等于兩列波的振幅之和. 3．振動(dòng)加強(qiáng)的條件：波峰與波峰或波谷與波谷相遇點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。加強(qiáng)點(diǎn)與兩個(gè)波源的距離差：△r=r2-r1=kλ （k=0,1，2，3……） 那么，振動(dòng)減弱的點(diǎn)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(diǎn)b時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，波源S1、S2分別引起質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點(diǎn)a同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)圖象如圖丙所示： t y 0 A1 －A1 甲 t y 0 A1－A2 －(A1－A2) 丙 t y 0 A2 －A2 乙 在b點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點(diǎn)兩列波引起的合振動(dòng)始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差. 說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題： 1．從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點(diǎn)時(shí)引b的振動(dòng)方向相反，振幅為|A1－A2|. 2．振動(dòng)減弱的質(zhì)點(diǎn)b并不是一定不振動(dòng)，只是振幅最小，等于兩列波的振幅之差. 3．振動(dòng)減弱的條件：波峰與波谷相遇點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)。減弱點(diǎn)與兩個(gè)波源的距離差：△r=r2-r1=(2k+1)λ/2 （k=0,1，2，3……） [強(qiáng)化訓(xùn)練] 1.從一條弦線的兩端，各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖，它們均沿弦線傳播，速度相等，傳播方向相反，在它們傳播的過(guò)程中，可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的（ABD） 圖甲 圖乙 2．如上圖中s1和s2是兩個(gè)相干波源,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時(shí)刻兩列波的波峰和波谷,實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點(diǎn)中,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是 ,振動(dòng)減弱的點(diǎn)是 ,再過(guò)周期,振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是 ,振動(dòng)減弱的點(diǎn)是 . (三)產(chǎn)生波的干涉的條件 ［對(duì)比投影演示實(shí)驗(yàn)］ 實(shí)驗(yàn)一：在投影儀上放一個(gè)發(fā)波水槽，用同一振動(dòng)片帶動(dòng)兩個(gè)振針振動(dòng)，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象. 實(shí)驗(yàn)二：在投影儀上放一個(gè)發(fā)波水槽，用二個(gè)振針?lè)謩e激起兩列水波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象. ［學(xué)生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實(shí)驗(yàn)一) 現(xiàn)象二：實(shí)驗(yàn)二中，得到的干涉圖樣是不穩(wěn)定的. 產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同。 說(shuō)明： 1.干涉現(xiàn)象中那些總是振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)或振動(dòng)減弱的點(diǎn)是建立在兩個(gè)波源產(chǎn)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(gè)特例，即產(chǎn)生穩(wěn)定的疊加圖樣. 3.聲波的干涉. 4.一切波都能發(fā)生干涉，干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。 ［強(qiáng)化訓(xùn)練］ 關(guān)于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（BD） A.任意兩列波都能產(chǎn)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(dòng)減弱的區(qū)域，各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷 D.在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零 兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條件的，不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的，兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個(gè)必要條件是兩列波的頻率相同，所以選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的而選項(xiàng)B是正確的；在振動(dòng)減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，也不可能各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷，所以選項(xiàng)C是錯(cuò)誤的.在振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最激烈，振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之和，但這些點(diǎn)始終是振動(dòng)著的，因而有時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于零，所以選項(xiàng)D是正確的.所以本題應(yīng)選B、D. 強(qiáng)調(diào)：不論是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)還是振動(dòng)減弱點(diǎn)，位移仍隨時(shí)間做周期性變化. 三、小結(jié) 1.什么是波的獨(dú)立性？什么是波的疊加原理？ 2.什么是波的干涉？產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件是什么？ 四、板書設(shè)計(jì) 波的干涉 1.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，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉. 2.產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同. 3.發(fā)生干涉時(shí)，加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域的位置是確定的，即加強(qiáng)點(diǎn)始終加強(qiáng)，減弱點(diǎn)始終減弱.不論是加強(qiáng)區(qū)還是減弱區(qū)各質(zhì)點(diǎn)都做與波源相同的振動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的位移是周期性變化的. 五、1.課本P18第3題2.課本 P18的做一做：觀察聲音的干涉現(xiàn)象.