高中物理 教案波的衍射和波的干涉

波的衍射和波的干涉一、教學(xué)目標(biāo)1．在物理知識(shí)方面的要求：(1)知道什么是波的衍射現(xiàn)象和發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。(2)知道波的干涉現(xiàn)象是特殊條件下的疊加現(xiàn)象；知道兩列頻率相同的波才能發(fā)生干涉現(xiàn)象；知道衍射現(xiàn)象的特點(diǎn)。(3)知道衍射和干涉現(xiàn)象是波動(dòng)特有的現(xiàn)象。2．通過觀察水波的衍射現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)衍射現(xiàn)象的特征。通過觀察波的獨(dú)立前進(jìn)，波的疊加和水波的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)波的干涉條件及干涉現(xiàn)象的特征。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1．重點(diǎn)是波的衍射、波的疊加及發(fā)生波的干涉的條件。2．難點(diǎn)是對(duì)穩(wěn)定的波的干涉圖樣的理解。三、教具水槽演示儀，長(zhǎng)條橡膠管，投影儀。四、主要教學(xué)過程(一)引入新課我們向平靜的湖面HYPERLINK""上投入一個(gè)小石子，可以看到石子激起的水波形成圓形的波紋，并向周圍傳播。當(dāng)波紋遇到障礙物后會(huì)怎樣？如果同時(shí)投入兩個(gè)小石子，形成了兩列波，當(dāng)它們相遇在一起時(shí)又會(huì)怎樣？本節(jié)課就要通過對(duì)現(xiàn)象的觀察，對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行初步解釋。(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)主要思想是：遵照教材的編寫意圖，按“觀察現(xiàn)象，歸納特征，而后得出結(jié)論”的大順序進(jìn)行教學(xué)。觀察中注意引導(dǎo)，分析中注意啟發(fā)。1．波的衍射(1)波的衍射現(xiàn)象首先觀察水槽中水波的傳播：圓形的水波向外擴(kuò)散，越來越大。然后，在水槽中放入一個(gè)不大的障礙屏，觀察水波繞過障礙屏傳播的情況。由此給出波的衍射定義。波繞過障礙物的現(xiàn)象，叫做波的衍射。再引導(dǎo)學(xué)生觀察：在水槽中放入一個(gè)有孔的障礙屏，水波通過孔后也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象?？唇滩闹械牟鍒D，解釋“繞過障礙物”的含義。(2)發(fā)生明顯波的衍射的條件在前面觀察的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)HYPERLINK""學(xué)生進(jìn)行下面的觀察：①在不改變波源的條件下，將障礙屏的孔由較大逐漸變小?？梢钥吹讲ǖ难苌洮F(xiàn)象越來越明顯。由此得出結(jié)論：障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。②可能的話，在不改變障礙孔的條件下，使水波的波長(zhǎng)逐漸變大或逐漸變小?？梢钥吹剑?dāng)波長(zhǎng)越小時(shí)，波的衍射現(xiàn)象越明顯。由此指出：當(dāng)障礙物的大小與波長(zhǎng)相差不多時(shí)，波的衍射現(xiàn)象較明顯。發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的大小比波長(zhǎng)小，或者與波長(zhǎng)相差不多。最后告訴學(xué)生：波的衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象。在生活中，可遇到的波的衍射現(xiàn)象有：聲音傳播中的“隔墻有耳”現(xiàn)象；在房間中可以接收到收音機(jī)和電視信號(hào)，是電磁波的衍射現(xiàn)象。2．波的干涉觀察現(xiàn)象①：在水HYPERLINK""槽演示儀上有兩個(gè)振源的條件下，單獨(dú)使用其中的一個(gè)振源，水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播；再單獨(dú)使用另一個(gè)振源，水波按照該振源的振動(dòng)方式向外傳播?，F(xiàn)象的結(jié)論：每一個(gè)波源都按其自己的方式，在介質(zhì)中產(chǎn)生振動(dòng)，并能使介質(zhì)將這種振動(dòng)向外傳播。觀察現(xiàn)象②：找HYPERLINK""兩個(gè)同學(xué)拉著一條長(zhǎng)橡皮管，讓他們同時(shí)分別抖動(dòng)一下橡皮管的端點(diǎn)，則會(huì)從兩端各產(chǎn)生一個(gè)波包向?qū)Ψ絺鞑?。?dāng)兩個(gè)波包在中間相遇時(shí)，形狀發(fā)生變化，相遇后又各自傳播?，F(xiàn)象的結(jié)論：波相遇時(shí)，發(fā)生疊加。以后仍按原來的方式傳播。(l)波的疊加在觀察前面現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，向?qū)W生說明什么是波的疊加。兩列波相遇時(shí)，在波的重疊區(qū)域，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移，都等于兩列波分別引起的位移的矢量和。結(jié)合圖1，解釋此結(jié)論。解釋時(shí)可以這樣說：在介質(zhì)中選HYPERLINK""一點(diǎn)P為研究對(duì)象，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波峰，則引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)也傳播到了P點(diǎn)，若恰好也是波峰，則也會(huì)引起P點(diǎn)向上振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向上的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)被加強(qiáng)了。(當(dāng)然，在某一時(shí)刻，當(dāng)波源1的振動(dòng)傳播到P點(diǎn)時(shí)，若恰好是波谷，則引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；同時(shí)，波源2的振動(dòng)傳播到了P點(diǎn)時(shí)，若恰好也是波谷，則也會(huì)引起P點(diǎn)向下振動(dòng)；這時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)就是兩個(gè)向下的振動(dòng)的疊加，P點(diǎn)的振動(dòng)還是被加強(qiáng)了。)用以上的分析，說明什么是振動(dòng)被加強(qiáng)。波源1經(jīng)過半周期后HYPERLINK""，傳播到P點(diǎn)的振動(dòng)變?yōu)椴ü?，就?huì)使P點(diǎn)的振動(dòng)向下，但此時(shí)波源2傳過來的振動(dòng)不一定是波谷(因?yàn)閮刹ㄔ吹闹芷诳赡懿煌?，所以，此時(shí)P點(diǎn)的振動(dòng)可能被減弱，也可能是被加強(qiáng)的。(讓學(xué)生來說明原因)提問：如果希望P點(diǎn)的振動(dòng)總能被加強(qiáng)，應(yīng)有什么條件？提問：如果在介質(zhì)中有另一質(zhì)點(diǎn)Q，希望Q點(diǎn)的振動(dòng)總能被減弱，應(yīng)有什么條件？結(jié)論：波源1和波源2的周期應(yīng)相同。(2)波的干涉觀察現(xiàn)象③：水槽中的HYPERLINK""水波的干涉。對(duì)水波干涉圖樣的解釋中，特別要強(qiáng)調(diào)兩列水波的頻率是相同的，所以產(chǎn)生了在水面上有些點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，而另一些點(diǎn)的振動(dòng)減弱的現(xiàn)象，加強(qiáng)和減弱的點(diǎn)的分布是穩(wěn)定的。詳細(xì)解釋教材中給出的插圖，如圖2HYPERLINK""所示。在解釋和說明中，特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的幾點(diǎn)是：①此圖是某時(shí)刻兩列波傳播的情況；②兩列波的頻率(波長(zhǎng))相等；③當(dāng)兩列波的波峰在某點(diǎn)相遇時(shí)，這點(diǎn)的振動(dòng)位移是正的最大值，過半周期后，這點(diǎn)就是波谷和波谷相遇，則這點(diǎn)的振動(dòng)位移是負(fù)的最大值；④振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)的，振動(dòng)減弱的點(diǎn)的振動(dòng)總是減弱的。在以上分析的基礎(chǔ)上，給出干涉的定HYPERLINK""義：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔，這種現(xiàn)象叫波的干涉，形成的圖樣叫做波的干涉圖樣。反復(fù)觀察水槽中的水波的干涉，分清哪些區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)加強(qiáng)的區(qū)域，哪些區(qū)域?yàn)檎駝?dòng)減弱的區(qū)域。最后應(yīng)幫助學(xué)生分析清HYPERLINK""楚：介質(zhì)中某點(diǎn)的振動(dòng)加強(qiáng)，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較大的振幅振動(dòng)；而某點(diǎn)的振動(dòng)減弱，是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)以較小的振幅振動(dòng)，這與只有一個(gè)波源的振動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)均按此波源的振動(dòng)方式振動(dòng)是不同的。(3)波的干涉與疊加的關(guān)系有了前面的基礎(chǔ)，可以啟發(fā)學(xué)生說一說干涉與疊加的關(guān)系。幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)：干涉是一種特殊的疊加。任何兩列波都可以進(jìn)行疊加，但只有兩列頻率相同的波的疊加，才有可能形成干涉。最后指出：干涉是波特有的現(xiàn)象。(三)課堂小結(jié)今天，我們學(xué)習(xí)了波特有的現(xiàn)象：波的衍射和波的干涉。請(qǐng)同學(xué)再表達(dá)一下：什么叫波的衍射？什么叫波的干涉？什么條件下可能發(fā)生波的干涉？課后的任務(wù)是認(rèn)真閱讀課本。五、說明教學(xué)中，教師應(yīng)知道：(1)“障礙HYPERLINK""物或孔的大小比波長(zhǎng)小，或者與波長(zhǎng)相差不多”是產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，而不是產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件。波遇到障礙物就會(huì)發(fā)生衍射，只是在上述的條件下可以明顯觀察到。(2)