高中物理《波的干涉》教案1 新人教版選修3-4(通用)

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1、波的干涉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)

2、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)

3、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?,F(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??偨Y(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),

4、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

5、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-A1tyA2-A2tyA1+A2-(A1+A2)yt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-A1tyA2-A2tyA1+A2-(A1+A2)ytB點(diǎn),以S1、S

6、2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)??偨Y(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

7、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)??梢?,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

8、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)?ABCDaecdb2 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

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