2022年高二物理《波的干涉》教學(xué)設(shè)計

2022年高二物理波的干涉教學(xué)設(shè)計【教材分析】波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象，所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認識波的干涉現(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，對某一質(zhì)點而言，它每一時刻振動的總位移，都等于該時刻兩列波在該質(zhì)點引起的位移的矢量和.在學(xué)生理解波的疊加的基礎(chǔ)上，再進一步說明在特殊情況下，即當(dāng)兩列波的頻率相同時，疊加的結(jié)果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣，即某些點兩列波引起的振動始終加強，某些點兩列波引起的振動始終減弱，并且加強點與減弱點相互間隔，這就是干涉現(xiàn)象.由于對干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象力圖，可借助圖片、計算機模擬，盡可能使學(xué)生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象.【教學(xué)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.【教學(xué)重點】：波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象.【教學(xué)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(xué)方法】：實驗法、電教法、訓(xùn)練法.【教學(xué)用具】：實物投影儀、CAI課件、波的干涉實驗儀.【教學(xué)過程】一、引入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，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(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，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(xué)在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，學(xué)生觀察現(xiàn)象.學(xué)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相遇前1212相遇后 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？21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(dāng)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(xùn)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(xué)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(dāng)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(xué)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.兩列頻率相同的水波相遇，會出現(xiàn)振動加強和振動減弱相互間隔的現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的干涉圖樣。干涉；頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強、某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉。在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫干涉圖樣。由于兩列波的頻率相同，振動加強處總是加強，振動減弱處總是減弱，所以出現(xiàn)了穩(wěn)定的干涉圖樣。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1030進行分析：對于圖中的a點：ty0A1A1甲ty0A2A2乙ty0A1+A2(A1+A2)丙設(shè)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分別引起a質(zhì)點的振動圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，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A1A2.2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.3振動加強的條件：波峰與波峰或波谷與波谷相遇點是振動加強點。加強點與兩個波源的距離差：r=r2-r1=k （k=0,±1，±2，±3）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b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(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點a同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示：ty0A1A1甲ty0A1A2(A1A2)丙ty0A2A2乙在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b的振動方向相反，振幅為|A1A2|.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.3振動減弱的條件：波峰與波谷相遇點是振動加強點。減弱點與兩個波源的距離差：r=r2-r1=(2k+1)/2 （k=0,±1，±2，±3）強化訓(xùn)練 1.從一條弦線的兩端，各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖，它們均沿弦線傳播，速度相等，傳播方向相反，在它們傳播的過程中，可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的（ABD）圖甲圖乙2如上圖中s1和s2是兩個相干波源,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時刻兩列波的波峰和波谷,實線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點中,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 ,再過周期,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 . (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(xué)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.產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同。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.聲波的干涉.4.一切波都能發(fā)生干涉，干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。強化訓(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（BD）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(yīng)選B、D.強調(diào)：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.三、小結(jié)1.什么是波的獨立性？什么是波的疊加原理？2.什么是波的干涉？產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件是什么？四、板書設(shè)計波的干涉1.頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強、某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉.2.產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率相同.3.發(fā)生干涉時，加強區(qū)域和減弱區(qū)域的位置是確定的，即加強點始終加強，減弱點始終減弱.不論是加強區(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.五、1.課本P18第3題2.課本 P18的做一做：觀察聲音的干涉現(xiàn)象.