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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，所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認識波的干涉現(xiàn)象的基礎，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，對某一質點而言，它每一時刻的振動的總位移，都等于該時刻兩列波在該質點引起的位移的矢量和。 在學生理解波的疊加的基礎上，進一步說明在特殊情況下，即當兩列波的頻率相同時，疊加的結果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣，即某些點兩列波引起的振動始終加強，某些點兩列波引起的振動始終減弱，并且加強點與減弱點相互間隔，這就是干涉現(xiàn)象。 由于對干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象力，可以錯助圖片、計算機模擬，盡可能使學生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象。 對波的干涉現(xiàn)象，不要求從理論上推導，教學時應注意掌握教學要求，以免增加難度。 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 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 四． 教學重點 波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象 五． 教學難點 波的干涉中加強點的減弱點的位移和振幅的區(qū)別 六． 教學過程 一． 引入 什么是波的衍射？ 產生明顯衍射的條件是什么？ 波的衍射是一個波源發(fā)出的波的情況，那么兩列波或兩列以上的波在同一介質中傳播又會發(fā)生什么樣的情況呢？ 二． 新課教學 1． 波的疊加原理 設問：把兩個石子在不同的地方投入到池塘的水中，就會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，都將改變原來的運動狀態(tài)呢， 演示：用一根長繩，兩同學在這根長繩的兩端分別向上抖動一下學生觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：抖動一下后，看到有兩個凸起的狀態(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：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：兩列波在相遇前后都保持各自的運動狀態(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：幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質的質點同時參與這幾列波引起的振動，質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，這叫波的疊加原理。 討論：兩列波振動方向相同和相反的波疊加時，振幅如何變化？振動是加強還是減弱？ 兩列波疊加時，若兩列波振動方向相同，則振動加強，振幅增大；若兩列波振動方向相反，則振動減弱，振幅減小。 2． 波的干涉 演示：把兩個金屬絲固定在同一個振片上，當振片振動時兩根金屬絲周期性的觸動水面，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振動片引起的，所以這兩列波的振動頻率和振動步調相同 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] 為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 會析：A點，設波源S1、S2在A點引起的振幅分別為A1、A2，以波峰和波峰在A點相遇開始計時，波源S1、S2在A點引起的振動圖像分別如圖甲、乙所示，當兩列波重疊時，由波的疊加原理可知，質點A同時參與這兩個振動，合振動的圖像如圖丙所示。 A1 -A1 t y A2 -A2 t y A1+A2 -(A1+A2) y t 說明：從圖中可以看出，對于A點，在t=0時刻，是兩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，而質點A的位移是兩列波分別引起A點位移的矢量和，A點為振動加強點。 A1 -A1 t y A2 -A2 t y A1+A2 -(A1+A2) y t B點，以S1、S2分別將波峰的波谷傳到B點的時刻開始計時，波源S1、S2分別引起質點B的振動的圖像如圖甲、乙所示，當兩列波在B點疊加后質點B同時參與兩個運動，位移仍為兩列波在B點各自位移的矢量和，合振動圖像如圖丙所示 總結：我們看到兩列波在B點引起的振動的位移總是想反且同時到達最大值和最小值，這時，質點B的振幅等于兩列波振幅之差的絕對值，B點是振動減弱點。 總結：當頻率相同的波相遇時，當兩列波的波峰在介質中某點（如A點）相遇時，兩列波在此點引起的振動總是同時到達波峰和波谷，同時位于平衡位置崮此，該點仍以波源的頻率在平衡位置振動，只是振幅等于兩列波單獨存在時引起的振幅之和，這就是振動加強點 當這兩列波的波峰和波谷在介質中某點（如B點）相遇時，兩列波在此點引起的振動的位移總是相反的，且同時達到最大值和最小值，因此，該點仍以波源的頻率在平衡位置振動，只是振幅等于兩列波單獨存在時引起的振幅之差的絕對值，這就是振動減弱點。 若兩列波的振幅相等，在振動減弱點引起的振動的合位移有什么特點？ 合位移為零，即在振動減弱點，介質不振動 在圖中實線與實線或虛線與虛線的交點為振動加強點，這些點連成的線用黑實線畫出，表示振動加強區(qū)域，反之，為振動減弱區(qū)。 可見，頻率相同的兩列波疊加使某些區(qū)域的振動加強某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強區(qū)域的振動減弱區(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． 產生波干涉的條件 演示比較：用同一個振片帶動兩個振針振動，觀察產生的現(xiàn)象、用兩個振動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：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，如果振幅相差很大，將不會有明顯的干涉圖樣，因為振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域都在振動而且振幅差別不明顯 課堂練習： 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，它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個？ A B C D a e c d b 2． 如右圖所示是某時刻兩列波發(fā)生干涉的圖樣，找出振動加強點和振動減弱點（ ） a減弱 bc加強 d點處在振動加強區(qū)上，因此也是振動加強點，在此時刻正好處在平衡位置上。 e點即不加強也不減弱，振幅即不是最大也不是0