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2019-2020年高中物理 12.6 波的干涉教案 新人教版3-4 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識與技能 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)象也是波所特有的現(xiàn)象． （二）過程與方法 理解波的干涉是波特有的現(xiàn)象。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 了解波的干涉在生活中的應(yīng)用，感受物理與生活之間的緊密聯(lián)系。 【教學(xué)重點】波的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件。 【教學(xué)難點】波的疊加原理。 【教學(xué)方法】實驗演示和多媒體輔助教學(xué)。 【教學(xué)用具】長繩、發(fā)波水槽（電動雙振子）、音叉、計算機、投影儀、大屏幕、CAI課件 【教學(xué)過程】 （一）引入新課 教師：前面研究的波的衍射現(xiàn)象，是從波源發(fā)出的一列波的傳播特性。在實際情況中，?？煽吹綆琢胁ㄍ瑫r在介質(zhì)中傳播。那么，兩列或幾列波在介質(zhì)中相遇時，將會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？ （二）進行新課 1．波的疊加 教師：我們有這樣的生活經(jīng)驗：將兩塊石子投到水面上的兩個不同地方，會激起兩列圓形水波。它們相遇時會互相穿過，各自保持圓形波繼續(xù)前進，與一列水波單獨傳播時的情形完全一樣，這兩列水波互不干擾。 觀察其他波動現(xiàn)象，同樣可以發(fā)現(xiàn)在同一介質(zhì)中傳播的幾列波相遇時，每一列波都能保持自身的頻率、波長、振動方向和傳播方向不發(fā)生變化，這叫做波的獨立傳播原理。 兩個或幾個運動著的物體相遇時，發(fā)生碰撞，結(jié)果它們原來的運動狀態(tài)一定會發(fā)生改變。只有波相遇時會互相穿過，相遇后跟沒有遇到其他波一樣，能保持本身特性繼續(xù)傳播。 兩列波相遇時是怎樣互相穿過的呢？我們可以仔細(xì)觀察下述實驗。 【演示】在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，分別產(chǎn)生兩個凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播。 觀察現(xiàn)象：兩列波彼此穿過，繼續(xù)傳播。波形和傳播情況跟相遇前一樣。 ［課件演示：波的干涉，演示波的疊加場景。］ 對現(xiàn)象的解釋：在介質(zhì)中選一點P為研究對象，在某一時刻，當(dāng)波源1的振動傳播到P點時，若恰好是波峰，則引起P點向上振動；同時，波源2的振動也傳播到了P點，若恰好也是波峰，則也會引起P點向上振動；這時，P點的振動就是兩個向上的振動的疊加，P點的振動被加強了。（當(dāng)然，在某一時刻，當(dāng)波源1的振動傳播到P點時，若恰好是波谷，則引起P點向下振動；同時，波源2的振動傳播到了P點時，若恰好也是波谷，則也會引起P點向下振動；這時，P點的振動就是兩個向下的振動的疊加，P點的振動還是被加強了。）用以上的分析，說明什么是振動被加強。 波源1經(jīng)過半周期后，傳播到P點的振動變?yōu)椴ü龋蜁筆點的振動向下，但此時波源2傳過來的振動不一定是波谷（因為兩波源的周期可能不同），所以，此時P點的振動可能被減弱，也可能是被加強的。（讓學(xué)生來說明原因） 提問：如果希望P點的振動總能被加強，應(yīng)有什么條件? 提問：如果在介質(zhì)中有另一質(zhì)點Q，希望Q點的振動總能被減弱，應(yīng)有什么條件? 學(xué)生思考并回答：波源1和波源2的周期應(yīng)相同。 教師總結(jié)：兩列波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與兩列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于兩列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。 結(jié)論：在兩列波重疊的區(qū)域里，任一時刻某一質(zhì)點的位移，等于這兩列波單獨傳播到該點時引起的位移的矢量和，這叫做波的疊加原理。這一原理對于一切波都是適用的。 2．波的干涉 教師：一般地說，振動頻率、振動方向都不相同的幾列波在介質(zhì)中疊加時，情形是很復(fù)雜的。我們只討論一種最簡單的但卻是最重要的情形，就是兩個振動方向、振動頻率都相同的波源所發(fā)出的波的疊加。 【演示】在發(fā)波水槽實驗裝置中，振動著的金屬薄片AB，使兩個小球S1、S2同步地上下振動，由于小球S1、S2與槽中的水面保持接觸，構(gòu)成兩個波源，水面就產(chǎn)生兩列振動方向相同、頻率也相同的波，這樣的兩列波相遇時產(chǎn)生的現(xiàn)象如課本圖12.6－2所示。課本圖12.6－2所示是從發(fā)波水槽上方拍攝的照片，從照片中可以清晰地看到，在振動著的水面上，出現(xiàn)了振動加強和振動減弱區(qū)域相互間隔分布的情況。 ［課件演示：水波的干涉，觀察實物圖和立體圖。］ 為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的疊加原理來解釋。 課本圖12.6－3所示的是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的示意圖。S1和S2表示兩列波的波源，它們所產(chǎn)生的波分別用兩組同心圓表示，實線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。某一時刻，如果介質(zhì)中某點正處在這兩列波的波峰中央相遇處（課本圖12.6－3所示中的M點），則該點（M點）的位移是正向最大值，等于兩列波的振幅之和。經(jīng)過半個周期，兩列波各前進了半個波長的距離，M點就處在這兩列波的波谷中央相遇處，該點（M點）的位移就是負(fù)向最大值。再經(jīng)過半個周期，M點又處在兩列波的波峰中央相遇處。這樣，M點的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以M點的振動總是最強的。這些振動最強的點都分布在課本圖12.6－3中畫出的粗實線上。某一時刻，介質(zhì)中另一點如果正處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處（課本圖12.6－3中的N點），該點位移等于兩列波的振幅之差。經(jīng)過半個周期，該點就處在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇處，再經(jīng)過半個周期，該點又處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處。這樣，該點振動的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點的振動總是最弱的。如果兩列波的振幅相等，這一點的振幅就等于零。這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)平靜的原因。這些振動最弱的點都分布在課本圖12.6－3中畫出的粗虛線上?？梢钥闯?，振動最強的區(qū)域和振動最弱的區(qū)域是相互間隔開的。 ［課件演示：水波的干涉，觀察示意圖。］ 總結(jié)：頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。 只有兩個頻率相同的波源發(fā)出的波，疊加時才會獲得穩(wěn)定的干涉圖樣，這樣的波源叫做相干波源，它們發(fā)出的波叫做相干波。 不僅水波，一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是一切波都具有的重要特征之一。 【演示】敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動音叉。引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：可以聽到聲音忽強忽弱。 解釋：這是聲波的干涉現(xiàn)象。音叉的兩股振動頻率相同，這樣，兩列頻率相同的聲波在空氣中傳播，有的區(qū)域振動加強，有的區(qū)域振動減弱，于是聽到聲音忽強忽弱的現(xiàn)象。 ［鞏固練習(xí)］ 1．甲、乙兩同學(xué)分別用竹竿擊打湖面，湖面上就產(chǎn)生兩列水波，那么，在兩列水波相遇處，會獲得穩(wěn)定的干涉圖樣嗎？為什么？ 2．如圖所示，相干波源S1、S2發(fā)出的兩列波，在介質(zhì)中相遇疊加，實線表示這兩列波的波峰中央，虛線表示這兩列波的波谷中央。問圖中A、B、C、P四個質(zhì)點，哪些點振動最強？哪些點振動最弱？ （三）課堂總結(jié)、點評 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了波的疊加和波的干涉。 兩列波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與兩列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于兩列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。 頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。 一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的特有現(xiàn)象。 （四）課余作業(yè) 完成P43 “問題與練習(xí)”的題目。 附：教學(xué)建議： 1．波的干涉實質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象．所以，理解波的疊加現(xiàn)象是認(rèn)識波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)．這里關(guān)鍵是理解兩列波相遇而發(fā)生疊加時，對某一質(zhì)點來說，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．而不同時刻，這一質(zhì)點發(fā)生的總位移則可能是不同的． 2．在學(xué)生理解疊加的基礎(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”——干涉圖樣：某些點振動始終加強，某些點振動始終減弱，并且加強點與減弱點相互間隔．這就是干涉現(xiàn)象．對干涉現(xiàn)象的理解，需要一定的空間想象能力，有的學(xué)生一下子不容易理解，應(yīng)適當(dāng)給予指點．有條件的還可以借助多種教學(xué)手段（如模型、計算機模擬等），盡可能形象、直觀地幫助學(xué)生理解和想象． 3．與衍射現(xiàn)象相同，高中階段對于干涉現(xiàn)象也不從理論上進行討論．教學(xué)中要注意掌握分寸，避免增加難度．如教材中未強調(diào)相干條件，只是就特殊情況，即振源的振動步調(diào)相同（同相）的情況，敘述了波的干涉，教學(xué)中不宜補充．