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(xué)目標(biāo) 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。 ●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(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)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?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？ ［演示］ 取一根長(zhǎng)繩，兩位同學(xué)在這根水平長(zhǎng)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(jiǎn)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(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10~30進(jìn)行分析： 對(duì)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(duì)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(zhǎng)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、C 2.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(duì)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。 3.①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。 ②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