2024-2025學(xué)年高中物理第二章機(jī)械波5波的干涉衍射教案2教科版選修3-4

PAGE4-波的干涉、衍射一、設(shè)計(jì)思想：新課程強(qiáng)調(diào)中學(xué)物理應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，而高二學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性增加，二、學(xué)情分析：學(xué)習(xí)本節(jié)的是高二的學(xué)生，此時(shí)的他們從形象思維為主的閱歷水平向以抽象思維為主的理論型水平的轉(zhuǎn)變已初步完成，學(xué)習(xí)方式有所轉(zhuǎn)變，接受學(xué)問(wèn)的實(shí)力加強(qiáng)，邏輯思維推理實(shí)力已漸漸成熟，但學(xué)生缺乏對(duì)波的干涉和衍射必要的感性相識(shí)，要想學(xué)好，須要較高的抽象邏輯思維實(shí)力和空間想象實(shí)力，這對(duì)大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)具有相當(dāng)?shù)碾y度。因此在教學(xué)中應(yīng)充分發(fā)揮多媒體協(xié)助教學(xué)的作用。三、教學(xué)目標(biāo)：1.學(xué)問(wèn)與技能知道波的干涉和產(chǎn)生干涉的條件；知道波的干涉是特別狀況下波的疊加；知道波的衍射和明顯衍射的條件；知道一切波都能發(fā)生衍射；了解生活中波的干涉和衍射的應(yīng)用。2．過(guò)程與方法：通過(guò)視察水波干涉的試驗(yàn)，使學(xué)生了解如何獲得相干波和知道波的干涉現(xiàn)象及干涉條件；通過(guò)視察水波衍射現(xiàn)象和視察不同縫寬波的衍射讓學(xué)生知道波的衍射現(xiàn)象及明顯衍射的條件。3.情感看法與價(jià)值觀：通過(guò)提問(wèn)—猜想—試驗(yàn)—總結(jié)來(lái)培育同學(xué)們科學(xué)探究的方法和精神；通過(guò)生活中干涉和衍射應(yīng)用實(shí)例的學(xué)習(xí)來(lái)培育同學(xué)們把科技應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展的理念。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象；難點(diǎn)：波的干涉產(chǎn)生的條件.教學(xué)過(guò)程(一)進(jìn)行新課一、波的疊加原理老師：我們來(lái)視察水波在水面上傳播的狀況（播放幻燈片）現(xiàn)象：幾列水波相遇時(shí)會(huì)相互穿過(guò)，各自保持原來(lái)的波形接著前進(jìn)，與一列水波單獨(dú)傳播時(shí)的情形完全一樣，這兩列水波互不干擾。視察現(xiàn)象：兩列波彼此穿過(guò)，接著傳播。波形和傳播狀況跟相遇前一樣。［課件演示：繩波在繩上的疊加場(chǎng)景。］在一根水平長(zhǎng)繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下，分別產(chǎn)生兩個(gè)凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播。視察繩波在繩上傳播的狀況：視察到的現(xiàn)象：相遇時(shí)會(huì)相互穿過(guò)，各自保持原來(lái)的波形接著前進(jìn)。說(shuō)明在同一介質(zhì)中傳播的幾列波相遇時(shí)，每一列波都能保持自身的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向和傳播方向不發(fā)生改變，這叫做波的獨(dú)立傳播原理。老師總結(jié)：兩列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加兩列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)傳播時(shí)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(shí)刻某一質(zhì)點(diǎn)的位移，等于這兩列波單獨(dú)傳播到該點(diǎn)時(shí)引起的位移的矢量和，這叫做波的疊加原理。這一原理對(duì)于一切波都是適用的。二、波的干涉老師：一般地說(shuō)，振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向都不相同的幾列波在介質(zhì)中疊加時(shí)，情形是很困難的。我們只探討一種最簡(jiǎn)潔的但卻是最重要的情形，就是兩個(gè)振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率都相同的波源所發(fā)出的波的疊加?！菊n件演示】在發(fā)波水槽試驗(yàn)裝置中，振動(dòng)著的金屬薄片AB，使兩個(gè)小S1、S2同步地上下振動(dòng)，由于小球S1、S2與槽中的水面保持接觸，構(gòu)成兩個(gè)波源，水面就產(chǎn)生兩列振動(dòng)方向相同、頻率也相同的波，這樣的兩列波相遇時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象如圖所示。從照片中可以清楚地看到，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱區(qū)域相互間隔分布的狀況。加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱減弱為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的疊加原理來(lái)說(shuō)明。如圖所示的是產(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(shí)線圓弧表示波峰中心，虛線圓弧表示波谷中心。某一時(shí)刻，假如介質(zhì)中某點(diǎn)正處在這兩列波的波峰中心相遇處，則該點(diǎn)(a點(diǎn))的位移是正向最大值，等于兩列波的振幅之和。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，兩列波各前進(jìn)了半個(gè)波長(zhǎng)的距離，M點(diǎn)就處在這兩列波的波谷中心相遇處，該點(diǎn)(a點(diǎn))的位移就是負(fù)向最大值。再經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，a點(diǎn)又處在兩列波的波峰中心相遇處。這樣，a點(diǎn)的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以a點(diǎn)的振動(dòng)總是最強(qiáng)的。這些振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)都分布在課本圖中畫(huà)出的粗實(shí)線上。某一時(shí)刻，介質(zhì)中另一點(diǎn)(b)假如正處在一列波的波峰中心和另一列波的波谷中心相遇處，該點(diǎn)位移等于兩列波的振幅之差。經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，該點(diǎn)就處在一列波的波谷中心和另一列波的波峰中心相遇處，再經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，該點(diǎn)又處在一列波的波峰中心和另一列波的波谷中心相遇處。這樣，該點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點(diǎn)的振動(dòng)總是最弱的。假如兩列波的振幅相等，這一點(diǎn)的振幅就等于零。這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)安靜的緣由。這些振動(dòng)最弱的點(diǎn)都分布在課本中畫(huà)出的粗虛線上?？梢钥闯觯駝?dòng)最強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)最弱的區(qū)域是相互間隔開(kāi)的。［課件演示：水波的干涉，視察示意圖。］總結(jié)：頻率相同的波，疊加時(shí)形成某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)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(gè)頻率相同的波源發(fā)出的波，疊加時(shí)才會(huì)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。三、波的衍射［課件演示圖片：海面上水波繞過(guò)礁石。水塘里，微風(fēng)激起的水波遇到露出水面的小石、蘆葦?shù)燃?xì)小的障礙物，會(huì)繞過(guò)它們接著傳播，似乎它們并不存在。老師：在水波的傳播過(guò)程中，遇到小石、蘆葦?shù)日系K物時(shí)，為會(huì)繞過(guò)它們接著傳播1.波可以繞過(guò)障礙物接著傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。演示：水波穿過(guò)大小不同的小孔后往前傳播的現(xiàn)象（學(xué)生視察總結(jié)）通過(guò)以上現(xiàn)象可知：當(dāng)波通過(guò)小孔時(shí)，也能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，且孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯。