波的干涉和衍射 2

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1、 波的干涉和衍射 一、教學目標 1．在物理知識方面的要求： （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；知道干涉現(xiàn)象的特點。 （3）知道衍射和干涉現(xiàn)象是波動特有的現(xiàn)象。 2．通過觀察水波的干涉現(xiàn)象，認識衍射現(xiàn)象的特征。通過觀察波的獨立前進，波的疊加和水波的干涉現(xiàn)象，認識波的干涉條件現(xiàn)象的特征。 二、重點、難點分析 1．重點是波的衍射，波的疊加及發(fā)生波的干涉的條件。 2．難點是對穩(wěn)定的波的干涉圖樣的理解。 三、教具 水槽演示儀，長條橡膠管，投影儀。 四、主要教學過

2、程 （一）引入新課 我們向平靜的湖面上投入一個小石子，可以看到石子激起的水波形成圓形的波紋，并向周圍傳播。當波紋遇到障礙物后會怎樣？如果同時投入兩個小石子，形成了兩列波，當它們相遇在一起時又會怎樣？本節(jié)課就要通過現(xiàn)象的觀察，對以上現(xiàn)象進行初步解釋。 （二）教學過程設計 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”的大順序進行教學。觀察中注意引導，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：圓形的水波向外擴散，越來越大。 然后，在水槽中放入一個不大的障礙屏，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

3、礙物的現(xiàn)象，叫做波的衍射。 再引導學生觀察：在水槽中放入一個有孔的障礙屏，水波通過孔后也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。 看教材中的插圖，解釋“繞過障礙物”的含義。 （2）發(fā)生明顯波的衍射的條件 在前面觀察的基礎上，引導學生進行下面的觀察：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，使水波的波長逐漸變大或逐漸變小。可以看到，當波長越小時，波的衍射現(xiàn)象越明顯。由此指出：當障礙物的大小與波長相差不多時，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小，或者與波長相差不

4、多。 最后告訴學生：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；在房間中可以接受到收音機和電視信號，是電磁波的衍射現(xiàn)象。 2．波的干涉 觀察現(xiàn)象①：在水槽演示儀上有兩個振源的條件下，單獨使用其中的一個振源，水波按照該振源的振動方式向外傳播；再單獨使用另一個振源，水波按照該振源的振動方式向外傳播?，F(xiàn)象的結(jié)論：每一個波源都按其自己的方式，在介質(zhì)中產(chǎn)生振動，并能使介質(zhì)將這種振動向外傳播。 觀察現(xiàn)象②：找兩個同學拉著一條長橡皮管，讓他們同時分別抖動一下橡皮管的端點，則會從兩端各產(chǎn)生一個波包向?qū)Ψ絺鞑?。當兩個波包在中間相遇時，形狀發(fā)生變化，相

5、遇后又各自傳播。現(xiàn)象結(jié)論：波相遇時，發(fā)生疊加。以后仍按原來的方式傳播。 （1）波的疊加 在前面的現(xiàn)象的觀察的基礎上，向?qū)W生說明什么是波的疊加。兩列波相遇時，在波的重疊區(qū)域，任何一個質(zhì)點的總位移，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。 解釋時可以這樣說，在介質(zhì)中選一點P為研究對象，在某一時刻，當波源1的振動到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。（當然，在某一時刻，當波源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

6、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，也可能是被強加的。（讓學生來說明原因） 提問：如果希望P點的振動總能被加強，應有什么條件？ 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，應有什么條件？ 結(jié)論：波源1和波源2的周期應相同。 （2）波的干涉 觀察現(xiàn)象③：水槽中的水波

7、的干涉。對水波干涉圖樣的解釋中，特別要強調(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的振動加強，而另一些點的振動減弱的現(xiàn)象，加強和減弱的點的分布是穩(wěn)定的。 詳細解釋教材中給出的插圖，如圖2所示。在解釋和說明中，特別應強調(diào)的幾點是：①此圖是某時刻兩列波傳播的情況；②兩列波的頻率（波長）相等；③當兩列波的波峰在某點相遇時，這點的振動位移是正的最大值，過半周期后，這點就是波谷和波谷相遇，則這點的振動位移是負的最大值；④振動加強的點的振動總是加強的，振動減弱的點的振動總是減弱的。 在以上分析的基礎上，給出干涉的定義：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

8、和振動減弱的區(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。 反復觀察水槽中的水波的干涉，分清哪些區(qū)域為振動加強的區(qū)域，哪些區(qū)域為振動減弱的區(qū)域。 最后應幫助學生分析清楚：介質(zhì)中某點的振動加強，是指這個質(zhì)點以較大的振幅振動；而某點的振動減弱，是指這個質(zhì)點以較小的振幅振動，這與只有一個波源的振動在介質(zhì)中傳播時，各質(zhì)點均按此波源的振動方向振動是不同的。 （3）波的干涉與疊加的關(guān)系 有了前面的基礎，可以啟發(fā)學生說一說干涉與疊加的關(guān)系。幫助學生認識：干涉是一種特殊的疊加。任何兩列波都可以進行疊加，但只有兩列頻率相同的波的疊加，才有可能形成干涉。 （三）課堂小結(jié) 今天，我們學習

9、了波特有的現(xiàn)象：波的衍射和波的干涉。請同學再表達一下：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？ 課后的任務是認真閱讀課本。 五、說明 教學中，教師應知道：（1）“障礙物或孔的大小比波長小，或者與波長相差不多”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。波遇到障礙物就會發(fā)生衍射，只是在上述的條件下可以明顯觀察到。（2）波的干涉的條件是：同一類的兩列波，頻率（波長）相同，相差恒定，在同一平面內(nèi)振動。當它們發(fā)生疊加時，會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，由于課本中沒有提出相和相差的概念，并且只討論一維的振動情況，所以，教學中只強調(diào)“頻率相同”的條件就可以了。更多的時間，應放在認識干涉與一般疊加相比的特殊之處上。 第 3 頁