高中物理2.5波的干涉和衍射教案1教科版選修3-4

1、2.5波的干涉和衍射 教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。培養(yǎng) 學(xué)生的空間想象能力。通過波的疊加原理，使學(xué)生認(rèn)識到事物之間的普遍聯(lián)系。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。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。 課時安排1 教學(xué)過程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。1.2.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

2、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)( 一 )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。用心愛心專心1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?，F(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.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。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

3、持各自的運(yùn)動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響，在兩列波重疊的區(qū)域里， 任何一個質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)化兩列振動方向相同的波疊加，振動加強(qiáng)，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 )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。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.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

4、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。結(jié)合課本圖1030對于圖中的a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)波峰與波峰相遇時刻計(jì)時波源 S1、S2 引起 a 質(zhì)點(diǎn)的振動圖象如下圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊時，質(zhì)點(diǎn)A 同時參與用心愛心專心2從圖中可看出： 對于 a 點(diǎn)，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(diǎn)，兩列波 引起的振幅都等于兩列波的振幅之和，即a點(diǎn)始終是振動加強(qiáng)點(diǎn)。1. 從波源 S1、S2 發(fā)出的兩列波傳到振動 加強(qiáng)的點(diǎn) a 振動步調(diào)是一致的， 引起質(zhì)點(diǎn) a

5、 的振動方向是一致的，振幅為 A=A1+A2 .2. 振動加強(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， 只是振幅最大，等于兩列波的振幅之和。以波源 S1、S2 分別將波峰、波谷傳給減弱點(diǎn)( 例如 b 點(diǎn) ) 時刻開始計(jì)時，波源S1、S2 分別引起質(zhì)點(diǎn)b 振動的圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊后，質(zhì)點(diǎn)b 同時參與兩個振動，合振動圖象如圖丙所示。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始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等于兩列波的振幅之差。1. 從波源 S1、S2 發(fā)出的兩列波傳到b 點(diǎn)時引起 b 點(diǎn)的振動方向相反

6、，振幅為A=| A1- A2|.2. 振動 減弱的質(zhì)點(diǎn) 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。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(dāng)它們相遇時可能用心愛心專心32. 如圖所示是兩列波發(fā)生干涉的圖樣，圖中a、 b、 c、 d、 e1. 當(dāng)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(diǎn)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(xiàng)B 正確 . 當(dāng)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(diǎn)振動的位移均等于每列波單獨(dú)傳播時引

7、起的位移的矢量和，使得所有的質(zhì)點(diǎn)， 振動的位移加倍，所以選項(xiàng)C 也是正確的。所以本題應(yīng)選B、 C2. 解： a 是振動減弱點(diǎn)； b、c 是振動加強(qiáng)點(diǎn)， d 處在振動加強(qiáng)區(qū)上，因此也是振動加強(qiáng)點(diǎn)，只好在此時刻它恰好處在平衡位置上； e 點(diǎn)既不在振動加強(qiáng)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 )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(shí)驗(yàn)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?，F(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。如果互相疊加的兩列波波源頻率相同，振動情況相

8、同，則產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。1. 干涉現(xiàn)象中那些總是振動加強(qiáng)的點(diǎn)或振動減弱的點(diǎn)是建立在兩個波源產(chǎn)生的頻率相用心愛心專心4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?yàn)檎駝蛹訌?qiáng)區(qū)和振動減弱區(qū)都在振動，振幅差別不大。A.B.C.D.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(xiàng)A 是錯誤的而選項(xiàng) B 是正確的；在振動減弱的區(qū)域里，只是兩列波引起質(zhì)

9、點(diǎn)的振動始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)振動的振幅就等于零，也不可能各質(zhì)點(diǎn)都處于波谷，所以選項(xiàng)C 是錯誤的 . 在振動加強(qiáng)的區(qū)域里，兩列波引起質(zhì)點(diǎn)的振動始終是加強(qiáng)的，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)始終是振動著的，因而有時質(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、 D1. 不論是振動加強(qiáng)點(diǎn)還是振動減弱點(diǎn)，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。三1.2. 什么3.4.1.課本中的本節(jié)課后32.課本中的做一做：觀察聲音的干涉現(xiàn)象.1.頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域內(nèi)的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域內(nèi)的振動減弱，且振動加強(qiáng)和