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1、
波的干涉和衍射
一、教學(xué)目標(biāo)
1.在物理知識方面的要求:
(1)知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。
(2)知道波的干涉現(xiàn)象是特殊條件下的疊加現(xiàn)象;知道兩列頻率相同的波才能發(fā)生干涉現(xiàn)象;知道干涉現(xiàn)象的特點(diǎn)。
(3)知道衍射和干涉現(xiàn)象是波動(dòng)特有的現(xiàn)象。
2.通過觀察水波的干涉現(xiàn)象,認(rèn)識衍射現(xiàn)象的特征。通過觀察波的獨(dú)立前進(jìn),波的疊加和水波的干涉現(xiàn)象,認(rèn)識波的干涉條件現(xiàn)象的特征。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.重點(diǎn)是波的衍射,波的疊加及發(fā)生波的干涉的條件。
2.難點(diǎn)是對穩(wěn)定的波的干涉圖樣的理解。
三、教具
水槽演示儀,長條橡膠管,投影儀。
四、主要教學(xué)過
2、程
(一)引入新課
我們向平靜的湖面上投入一個(gè)小石子,可以看到石子激起的水波形成圓形的波紋,并向周圍傳播。當(dāng)波紋遇到障礙物后會怎樣?如果同時(shí)投入兩個(gè)小石子,形成了兩列波,當(dāng)它們相遇在一起時(shí)又會怎樣?本節(jié)課就要通過現(xiàn)象的觀察,對以上現(xiàn)象進(jìn)行初步解釋。
(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)
主要思想是:遵照教材的編寫意圖,按“觀察現(xiàn)象,歸納特征,而后得出結(jié)論”的大順序進(jìn)行教學(xué)。觀察中注意引導(dǎo),分析中注意啟發(fā)。
1.波的衍射
(1)波的衍射現(xiàn)象
首先觀察水槽中水波的傳播:圓形的水波向外擴(kuò)散,越來越大。
然后,在水槽中放入一個(gè)不大的障礙屏,觀察水波繞過障礙屏傳播的情況。由此給出波的衍射定義。
波繞過障
3、礙物的現(xiàn)象,叫做波的衍射。
再引導(dǎo)學(xué)生觀察:在水槽中放入一個(gè)有孔的障礙屏,水波通過孔后也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。
看教材中的插圖,解釋“繞過障礙物”的含義。
(2)發(fā)生明顯波的衍射的條件
在前面觀察的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行下面的觀察:①在不改變波源的條件下,將障礙屏的孔由較大逐漸變小??梢钥吹讲ǖ难苌洮F(xiàn)象越來越明顯。由此得出結(jié)論:障礙物越小,衍射現(xiàn)象越明顯。②可能的話,在不改變障礙孔的條件下,使水波的波長逐漸變大或逐漸變小。可以看到,當(dāng)波長越小時(shí),波的衍射現(xiàn)象越明顯。由此指出:當(dāng)障礙物的大小與波長相差不多時(shí),波的衍射現(xiàn)象較明顯。
發(fā)生明顯衍射的條件是:障礙物或孔的大小比波長小,或者與波長相差不
4、多。
最后告訴學(xué)生:波的衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象。
在生活中,可遇到的波的衍射現(xiàn)象有:聲音傳播中的“隔墻有耳”現(xiàn)象;在房間中可以接受到收音機(jī)和電視信號,是電磁波的衍射現(xiàn)象。
2.波的干涉
觀察現(xiàn)象①:在水槽演示儀上有兩個(gè)振源的條件下,單獨(dú)使用其中的一個(gè)振源,水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播;再單獨(dú)使用另一個(gè)振源,水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播?,F(xiàn)象的結(jié)論:每一個(gè)波源都按其自己的方式,在介質(zhì)中產(chǎn)生振動(dòng),并能使介質(zhì)將這種振動(dòng)向外傳播。
觀察現(xiàn)象②:找兩個(gè)同學(xué)拉著一條長橡皮管,讓他們同時(shí)分別抖動(dòng)一下橡皮管的端點(diǎn),則會從兩端各產(chǎn)生一個(gè)波包向?qū)Ψ絺鞑ァ.?dāng)兩個(gè)波包在中間相遇時(shí),形狀發(fā)生變化,相
5、遇后又各自傳播?,F(xiàn)象結(jié)論:波相遇時(shí),發(fā)生疊加。以后仍按原來的方式傳播。
(1)波的疊加
在前面的現(xiàn)象的觀察的基礎(chǔ)上,向?qū)W生說明什么是波的疊加。兩列波相遇時(shí),在波的重疊區(qū)域,任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移,都等于兩列波分別引起的位移的矢量和。
結(jié)合圖1,解釋此結(jié)論。
解釋時(shí)可以這樣說,在介質(zhì)中選一點(diǎn)P為研究對象,在某一時(shí)刻,當(dāng)波源1的振動(dòng)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
6、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?,就會使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,也可能是被強(qiáng)加的。(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?
結(jié)論:波源1和波源2的周期應(yīng)相同。
(2)波的干涉
觀察現(xiàn)象③:水槽中的水波
7、的干涉。對水波干涉圖樣的解釋中,特別要強(qiáng)調(diào)兩列水波的頻率是相同的,所以產(chǎn)生了在水面上有些點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),而另一些點(diǎn)的振動(dòng)減弱的現(xiàn)象,加強(qiáng)和減弱的點(diǎn)的分布是穩(wěn)定的。
詳細(xì)解釋教材中給出的插圖,如圖2所示。在解釋和說明中,特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的幾點(diǎn)是:①此圖是某時(shí)刻兩列波傳播的情況;②兩列波的頻率(波長)相等;③當(dāng)兩列波的波峰在某點(diǎn)相遇時(shí),這點(diǎn)的振動(dòng)位移是正的最大值,過半周期后,這點(diǎn)就是波谷和波谷相遇,則這點(diǎn)的振動(dòng)位移是負(fù)的最大值;④振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)的,振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)總是減弱的。
在以上分析的基礎(chǔ)上,給出干涉的定義: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)
8、和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔,這種現(xiàn)象叫波的干涉,形成的圖樣叫做波的干涉圖樣。
反復(fù)觀察水槽中的水波的干涉,分清哪些區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)加強(qiáng)的區(qū)域,哪些區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)減弱的區(qū)域。
最后應(yīng)幫助學(xué)生分析清楚:介質(zhì)中某點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng),是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較大的振幅振動(dòng);而某點(diǎn)的振動(dòng)減弱,是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較小的振幅振動(dòng),這與只有一個(gè)波源的振動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí),各質(zhì)點(diǎn)均按此波源的振動(dòng)方向振動(dòng)是不同的。
(3)波的干涉與疊加的關(guān)系
有了前面的基礎(chǔ),可以啟發(fā)學(xué)生說一說干涉與疊加的關(guān)系。幫助學(xué)生認(rèn)識:干涉是一種特殊的疊加。任何兩列波都可以進(jìn)行疊加,但只有兩列頻率相同的波的疊加,才有可能形成干涉。
(三)課堂小結(jié)
今天,我們學(xué)習(xí)
9、了波特有的現(xiàn)象:波的衍射和波的干涉。請同學(xué)再表達(dá)一下:什么叫波的衍射?什么叫波的干涉?什么條件下可能發(fā)生波的干涉?
課后的任務(wù)是認(rèn)真閱讀課本。
五、說明
教學(xué)中,教師應(yīng)知道:(1)“障礙物或孔的大小比波長小,或者與波長相差不多”是產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,而不是產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件。波遇到障礙物就會發(fā)生衍射,只是在上述的條件下可以明顯觀察到。(2)波的干涉的條件是:同一類的兩列波,頻率(波長)相同,相差恒定,在同一平面內(nèi)振動(dòng)。當(dāng)它們發(fā)生疊加時(shí),會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象,由于課本中沒有提出相和相差的概念,并且只討論一維的振動(dòng)情況,所以,教學(xué)中只強(qiáng)調(diào)“頻率相同”的條件就可以了。更多的時(shí)間,應(yīng)放在認(rèn)識干涉與一般疊加相比的特殊之處上。
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