2019-2020年高中物理《波的干涉》教案2 新人教版選修3-4.doc

2019-2020年高中物理波的干涉教案2 新人教版選修3-4教學目的1知道波的疊加原理知道波的干涉現(xiàn)象實質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象2理解穩(wěn)定干涉圖樣的形成所需要的條件；理解干涉圖樣中加強點、減弱點的振動情況教具長繩、發(fā)波水槽(電動雙振子)、幻燈機、投影儀、波的干涉示意圖(著色掛圖)教學教程引入新課在介質(zhì)中常常有幾列波同時傳播，例如把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水里，就有兩列波在水面上傳播兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，都能改變原來的運動狀態(tài)呢？進行新課【板書】 第六節(jié) 波的干涉一、波的疊加【演示】在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，就分別有兩個凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播(參見課本圖1028)我們可以看到，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都跟相遇前一樣，也就是說，相遇后，它們都保持各自的運動狀態(tài)，彼此都沒有受到影響仔細觀察兩列相遇的水波，也可以看到兩列水波相遇后，彼此穿過，仍然保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，就像沒有跟另一列水波相遇一樣由演示實驗可以看出，波在疊加時有以下兩個特點：【板書】 1位移特點當兩個波源產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的每個質(zhì)點都要同時參與兩個分運動，在任一時刻，第一列波使某個質(zhì)點a振動所產(chǎn)生的位移是x1，第二列波同時使質(zhì)點a振動所產(chǎn)生的位移是x2，則質(zhì)點a的位移就是這兩列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和如果位移x1，x2的方向相同，則質(zhì)點a的振動位移的大小就是x1與x2的大小之和，即xx1x2，方向與x1、x2 的相同如圖1018所示如果位移x1，x2方向相反，則質(zhì)點a的振動位移的大小就是x1與x2的大小之差，即x|x1x2|，而方向與較大的位移的方向相同如圖1019所示 【板書】 2波的獨立性特點n列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點(或某一區(qū)域)相遇時，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不影響，好像沒有遇到另一列波一樣，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波所產(chǎn)生的振動，每個質(zhì)點仍然是在各自的平衡位置附近做簡諧振動質(zhì)點振動的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和【板書】 3疊加原理幾列波相遇時能夠保持各自的運動狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點同時參與這幾列波引起的振動，質(zhì)點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和【提問】兩列相同的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？我們先觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象，然后加以解釋【板書】 二、波的干涉【演示】把兩根金屬絲固定在同一個振動片上，當振動片振動時，兩根金屬絲周期性地觸動水面，形成兩個波源這兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同，它們發(fā)出的波是頻率相同的波這兩列波相遇后，在它們重疊的區(qū)域會形成課本圖1029所示的圖樣：在振動著的水面上，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，而且相互隔開怎樣解釋上面觀察到的現(xiàn)象呢？課本圖1030所示，用兩組同心圓表示從波源發(fā)出的兩列波的波面，實線表示波峰，虛線表示波谷，實線與虛線間的距離等于半個波長，實線與實線、虛線與虛線之間的距離等于一個波長由實驗分析可知，波干涉有如下特點：【板書】 4波的干涉特點當兩列頻率相同的波在同一介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的每個質(zhì)點都做簡諧運動所不同的是，由于各質(zhì)點離兩個波源S1，S2距離各不相同，所以各質(zhì)點的振幅不同，其中最大振幅是AmaxA1A2；最小振幅是Amin|A1A2|；其余各振幅介于Amax與Amin之間，在振動加強區(qū)域里，兩列波分別引起的質(zhì)點的位移總是同方向，所以合位移大小是兩位移大小之和，即xx1x2，因此質(zhì)點的振動總是加強在振動減弱區(qū)域里，兩列波分別引起質(zhì)點的位移總是方向相反，所以合位移是兩位移大小之差，即x|x1x2|，因此質(zhì)點的振動減弱了加強區(qū)域和減弱區(qū)域有規(guī)律地相互離開，且加強、減弱區(qū)域是穩(wěn)定的，不隨時間而改變【板書】 5產(chǎn)生干涉的條件任何情況下兩列波相遇都會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣則需要一定的條件，就是兩列波必須頻率相同當兩列波的頻率不同而疊加時，質(zhì)點的振動位移隨時間t不同，于是出現(xiàn)最大振幅質(zhì)點就不固定，因此就沒有穩(wěn)定的干涉圖樣當兩列波的頻率相同時，兩列波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中的每一個質(zhì)點都在做簡諧運動，所不同的是各個質(zhì)點與兩波源S1、S2的距離各不相同，所以各質(zhì)點的振幅不同，其中振幅最大是AmaxA1A2，振幅最小的是 Amin|A1A2|，其余的介于 Amax與 Amin之間，因此可以形成穩(wěn)定的干涉圖樣【板書】 6產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同不僅水波、聲波，一切波都可發(fā)生干涉現(xiàn)象【板書】 7波的干涉與衍射一樣，也是波特有的現(xiàn)象【例】兩列頻率、起振方向均相同的波S1和S2，在同一介質(zhì)中傳播時，某時刻t形成如圖1020所示的干涉圖樣，圖中兩波源S1、S2同時為波谷，(實線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標有A、B、C三個位置點，則振動加強的點是( )，振動減弱的點是( )分析與解：從圖中可以知道，A點距波源S1、S2的距離均為1.5，即x11.5，x21.5，故A到S1、S2的距離差xx1x20，是兩個波峰相遇，所以A為振動加強點B點距S1距離x1，距S2距離x22，故B到S1、S2的距離差xx2x1，是波谷與波谷相遇，所以B為振動加強點通過分析我們可得知，振動加強點離兩波源的距離差滿足： xn，(n0，1，2，3) C點距S1距離x12，距離x21.5，故C到兩波源S1、S2的距離差為xx1x20.5，是波峰與波谷相遇，所以C點是振動減弱點，同樣可看出，振動減弱點離兩波源的距離滿足： x(2n1)/2，(其中 n 1，2，3)鞏固練習(1)插在水中的細棒對水波的傳播沒有影響，這是波的( )現(xiàn)象；在墻外聽到墻內(nèi)人講話，這是波的( )現(xiàn)象；一個人在兩個由同一聲源帶動的揚聲器之間走動時，聽到的聲音時強時弱，這是波的( )現(xiàn)象(2)以下關(guān)于波的衍射的說法，正確的是： A波遇到障礙物時，一定會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B當障礙物的尺寸比波長大得多時，衍射現(xiàn)象很明顯C當孔的大小比波長小時，衍射現(xiàn)象很明顯D只有當障礙物的尺寸與波長差不多時，才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象(3)當兩列水波發(fā)生干涉時，如果兩列波的波峰在P點相遇(如圖1021所示)下列說法正確的是： A質(zhì)點P的振動始終是加強的B質(zhì)點P的振幅最大C質(zhì)點P的位移始終最大D質(zhì)點P的位移有時為零作業(yè)(1)復習本節(jié)課文(2)教材練習四 第(1)、(2)、(3)題參考題(1)如圖1021所示S1和S2是振動頻率相同振幅為A的兩個波源發(fā)生波的干涉的情況，實線表示波峰，虛線表示波谷在圖中A、B、C三點中振動加強的點是( )，此時A點、B點、C點的位移分別是( )(取向上為正、向下為負)(2)在上圖中再經(jīng)過 T/2(T為波的周期)A、 B、 C三點的位移變?yōu)? )(3)在水平方向上有兩個振源S1，S2分別產(chǎn)生半個周期的波形1，波形2，且波長相等，兩波傳播方向如圖1022所示，在傳播過程中，可能出現(xiàn)的波形情況有( )(4)在水平方向上有兩個振動情況完全相同的振源S1、S2，S1、S2相距7m，振動所形成的波的波長為1m，則S1、S2的連線上有幾個振動加強的點？ A只有中點B6個點C13個點D無數(shù)個點(5)兩列波在某區(qū)域相遇，下列說法正確的是： A兩波相遇時能保持各自狀態(tài)互不干擾B兩波相遇時引起質(zhì)點的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和C任何兩列波疊加后都能使某些區(qū)域振動始終加強，某些區(qū)域振動始終減弱，得到穩(wěn)定的干涉圖樣D頻率相同的兩列波相干涉時，加強區(qū)域和減弱區(qū)域交替變換(6)兩個頻率、振幅相同的波在介質(zhì)中傳播發(fā)生干涉得到穩(wěn)定的干涉圖樣，則下列敘述正確的是： A振動加強的點的位移總是處于最大值B振動加強的點的位移可能為零C振動減弱的點再經(jīng)過T/2振動變?yōu)榧訌奃振動減弱的點的位移總是零說明1在加強區(qū)域里的質(zhì)點的振動位移雖然是兩位移的矢量和，但并不是該位移總是最大值，其位移也有為零的時刻如果兩干涉波的振幅均為A，則加強區(qū)域質(zhì)點的位移大小就在02A之間變化在減弱區(qū)域里的質(zhì)點的振動位移是兩位移的差，因此當兩列干涉波的振幅均為A，則減弱區(qū)域里的質(zhì)點的位移就總為零，即x|x1x2|0這就是相對平靜區(qū)域產(chǎn)生的原因2產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件一般都說是兩列波的頻率相等即可，但實際上，要得到穩(wěn)定的干涉條紋不僅要求兩列波的頻率相等，還要求兩列波的步調(diào)要一致3干涉不僅是水波、聲波等可以發(fā)生，而是所有波都可以發(fā)生干涉現(xiàn)象，它同波的衍射一樣，是波特有的現(xiàn)象