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.doc

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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 ●教學目標 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。 ●教學重點 波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象。 ●教學難點 波的干涉中加強點和減弱點的位移和振幅的區(qū)別。 ●教學方法 實驗法、電教法、訓練法。 ●教學用具 實物投影儀、CAI課件、波的干涉實驗儀。 ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［投影］本節(jié)課的學習目標： 1.知道波具有獨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。 ●學習目標完成過程 一、引入 ［投影復習思考題］ 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，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，又會發(fā)生什么情況呢？ 二、新課教學 (一)波的疊加原理 ［設問］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，會不會像兩個小球相碰時那樣，都改變原來的運動狀態(tài)呢？ ［演示］ 取一根長繩，兩位同學在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，學生觀察現(xiàn)象。 ［學生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：抖動一下后，看到有兩個凸起狀態(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，通過實驗，我們知道了兩列波在相遇前后，它們都保持各自的運動狀態(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，任何一個質(zhì)點同時參與兩個振動，其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和.當兩列波在同一直線上振動時，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。 ［強化訓練］ 兩列振動方向相同和振動方向相反的波疊加，振幅如何變化？振動加強還是減弱？ 學生討論后得到： 兩列振動方向相同的波疊加，振動加強，振幅增大。 兩列振動方向相反的波疊加，振動減弱，振幅減小。 (二)波的干涉 ［實物投影演示］ 把兩根金屬絲固定在同一個振動片上，當振動片振動時，兩根金屬絲周期性地觸動水面，形成兩個波源，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振動片引起的，所以這兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同. ［學生敘述現(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］為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？ 結(jié)合課本圖10~30進行分析： 對于圖中的a點： 設波源S1、S2在質(zhì)點a引起的振幅分別為A1和A2，以圖中a點波峰與波峰相遇時刻計時波源S1、S2引起a質(zhì)點的振動圖象如下圖甲、乙所示，當兩列波重疊時，質(zhì)點A同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示： 從圖中可看出：對于a點，在t=0時是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇，也就是說：在a點，兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和，即a點始終是振動加強點。 說明的幾個問題： 1.從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動加強的點a振動步調(diào)是一致的，引起質(zhì)點a的振動方向是一致的，振幅為A=A1+A2 . 2.振動加強的質(zhì)點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，只是振幅最大，等于兩列波的振幅之和。 那么，振動減弱的點又是如何形成的呢？ 以波源S1、S2分別將波峰、波谷傳給減弱點(例如b點)時刻開始計時，波源S1、S2分別引起質(zhì)點b振動的圖象如圖甲、乙所示，當兩列波重疊后，質(zhì)點b同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示。 在b點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點兩列波引起的合振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差。 說明的幾個問題： 1.從波源S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點時引起b點的振動方向相反，振幅為A=|A1-A2|. 2.振動減弱的質(zhì)點b并不是一定不振動，只是振幅最小，等于兩列波的振幅之差。 ［學生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容］ ［強化訓練］ 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，當它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個？ 2.如圖所示是兩列波發(fā)生干涉的圖樣，圖中a、b、c、d、e各點的振動情況如何？ 參考答案 1.當兩列波的前半個波(或后半個波)相遇時，根據(jù)波的疊加原理，在前半個波(或后半個波)重疊的區(qū)域里所有的質(zhì)點振動的合位移為零，而兩列波的后半個波(或前半個波)的波形保持不變，所以選項B 正確.當兩列波完全相遇時(即重疊在一起)，由波的疊加原理可知，所有質(zhì)點振動的位移均等于每列波單獨傳播時引起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點，振動的位移加倍，所以選項C也是正確的。 所以本題應選B、C 2.解：a是振動減弱點；b、c是振動加強點，d處在振動加強區(qū)上，因此也是振動加強點，只好在此時刻它恰好處在平衡位置上；e點既不在振動加強區(qū)上，也不在振動減弱區(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 ［對比投影演示實驗］ 實驗一： 在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用同一振動片帶動兩個振針振動，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象。 實驗二： 在投影儀上放一個發(fā)波水槽，用二個振針分別激起兩列水波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［學生敘述現(xiàn)象］ 現(xiàn)象一：看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實驗一) 現(xiàn)象二：實驗二中，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)象中那些總是振動加強的點或振動減弱的點是建立在兩個波源產(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有明顯的干涉現(xiàn)象，因為振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)都在振動，振幅差別不大。 ［強化訓練］ 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.在振動減弱的區(qū)域，各質(zhì)點都處于波谷 D.在振動加強的區(qū)域，有時質(zhì)點的位移等于零 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)象的一個必要條件是兩列波的頻率相同，所以選項A是錯誤的而選項B是正確的；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)點的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動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)點振動的振幅就等于零，也不可能各質(zhì)點都處于波谷，所以選項C是錯誤的.在振動加強的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點的振動始終是加強的，質(zhì)點振動的最激烈，振動的振幅等于兩列波的振幅之和，但這些點始終是振動著的，因而有時質(zhì)點的位移等于零，所以選項D是正確的。 所以本題應選B、D  ［題后總結(jié)］ 1.不論是振動加強點還是振動減弱點，位移仍隨時間做周期性變化。 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、板書設計 1.頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域內(nèi)的振動加強，某些區(qū)域內(nèi)的振動 減弱，且振動加強和減弱的區(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。 3.①確定干涉時，加強區(qū)域和減弱區(qū)域的位置是確定的，即加強點(域)始終加 強，減弱點(域)始終減弱。 ②不論是增強區(qū)還是減弱區(qū)，各質(zhì)點都做與波源相同的振動，各質(zhì)點的位 移是周期性變化的 波的干涉