2019-2020年高中物理 2.5 波的干涉和衍射教案1 教科版選修3-4教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(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。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)識到事物之間的普遍聯(lián)系。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。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程投影本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道波具有獨(dú)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(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件。學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程一、引入投影復(fù)習(xí)思考題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(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，都改變原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？演示取一根長繩，兩位同學(xué)在這根水平長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，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教師剛才，通過實(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(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)波源中間伸展出來的相對平靜的區(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。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1030進(jìn)行分析：對于圖中的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引起a質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如下圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊時(shí)，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：從圖中可看出：對于a點(diǎn)，在t=0時(shí)是兩列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，也就是說：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)。說明的幾個(gè)問題：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A=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。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)(例如b點(diǎn))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)b同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)圖象如圖丙所示。在b點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個(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。說明的幾個(gè)問題：1.從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點(diǎn)時(shí)引起b點(diǎn)的振動(dòng)方向相反，振幅為A=|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。學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容強(qiáng)化訓(xùn)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(dāng)它們相遇時(shí)可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個(gè)？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(diǎn)的振動(dòng)情況如何？參考答案1.當(dāng)兩列波的前半個(gè)波(或后半個(gè)波)相遇時(shí)，根據(jù)波的疊加原理，在前半個(gè)波(或后半個(gè)波)重疊的區(qū)域里所有的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合位移為零，而兩列波的后半個(gè)波(或前半個(gè)波)的波形保持不變，所以選項(xiàng)B 正確.當(dāng)兩列波完全相遇時(shí)(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)的位移加倍，所以選項(xiàng)C也是正確的。所以本題應(yīng)選B、C2.解：a是振動(dòng)減弱點(diǎn)；b、c是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，d處在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)上，因此也是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)，只好在此時(shí)刻它恰好處在平衡位置上；e點(diǎn)既不在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)上，也不在振動(dòng)減弱區(qū)上，因此它的振幅既不是最大，也不是零。(三)產(chǎn)生波的干涉的條件對比投影演示實(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)振針分別激起兩列水波，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。教師總結(jié)如果互相疊加的兩列波波源頻率相同，振動(dòng)情況相同，則產(chǎn)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(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.如果兩列波頻率相同，但振幅相差很大將不會(huì)有明顯的干涉現(xiàn)象，因?yàn)檎駝?dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)都在振動(dòng)，振幅差別不大。強(qiáng)化訓(xùn)練關(guān)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(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)的位移等于零參考答案兩列波疊加產(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 題后總結(jié)1.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。2.一切波都能夠產(chǎn)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(jié)投影出示小結(jié)思考題1.什么是波的獨(dú)立性？2.什么是波的疊加原理？3.什么是波的干涉？4.產(chǎn)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(shè)計(jì)1.頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)減弱，且振動(dòng)加強(qiáng)和減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。2.產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波的頻率相同。3.確定干涉時(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)(域)始終加強(qiáng)，減弱點(diǎn)(域)始終減弱。 不論是增強(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波的干涉