《波的干涉和衍射》高中物理優(yōu)秀教案

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1、 《波的干涉和衍射》高中物理優(yōu)秀教案 1 、知識(shí)與技能 （ 1）知道波的疊加原理，知道什么是波的干涉條件、干涉現(xiàn)象和干涉圖樣； （ 1）知道什么是波的衍射現(xiàn)象， 知道波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條 件； （ 2）知道干涉現(xiàn)象、波的衍射現(xiàn)象都是波所特有的現(xiàn)象。 2 、過程與方法： 3 、情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 大家都熟悉“聞其聲不見其人” 的物理現(xiàn)象，這是什么原因呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們就

2、會(huì)知道，原來波遇到狹縫、小孔或較小的障礙物時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種特有得現(xiàn)象，這就是波的衍射。 波在向前傳播遇到障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生波線彎曲，偏離原來的直線方向而繞到障礙物的背后繼續(xù)轉(zhuǎn)播，這種現(xiàn)象就叫做波的衍射。 （ 1）波的衍射：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。 哪些現(xiàn)象是波的衍射現(xiàn)象？（在水塘里，微風(fēng)激起的水波遇到露出水面的小石頭、蘆葦?shù)募?xì)小的障礙物，會(huì)繞過它們繼續(xù)傳播。） 實(shí)驗(yàn)：下面我們用水波槽和小擋板來做，請(qǐng)大家認(rèn)真觀察。 現(xiàn)象：水波繞過小擋

3、板繼續(xù)傳播。將小擋板換成長(zhǎng)擋板， 重新做實(shí)驗(yàn)： 現(xiàn)象：水波不能繞到長(zhǎng)擋板的背后傳播。這個(gè)現(xiàn)象說明發(fā)生衍生的條件與障礙物的大小有關(guān)。 （2）衍射現(xiàn)象的條件 演示：在水波槽里放兩快小擋板，當(dāng)中留一狹縫，觀察波源發(fā)出的水波通過窄縫后怎樣傳播。 第一、保持水波的波長(zhǎng)不變，該變窄縫的寬度（由窄到寬），觀察波的傳播情況有什么變化。 觀察到的現(xiàn)象： 在窄縫的寬度跟波長(zhǎng) 相差不多的情況下， 發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 水波繞到擋板后面繼續(xù)傳播

4、。（參見課本圖 10-26 甲） 在窄縫的寬度比波長(zhǎng)大得多的情況下，波在擋板后面的傳播就 如同光線沿直線傳播一樣，在擋板后面留下了“陰影區(qū)”。 （參見課本圖 10-26 乙） 第二、保持窄縫的寬度不變，改變水波的波長(zhǎng)（由小到大）， 將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用投影儀投影在大屏幕上。 可以看到：在窄縫不變的情況 下，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯。 將課本圖 10-27 中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它們是做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)拍下的照片。甲中波長(zhǎng)是窄縫寬度的 3/10 ，乙中波長(zhǎng)是窄縫寬度的 5/10 ，

5、丙中波長(zhǎng)是窄縫寬度的 7/10 。 通過對(duì)比可以看出：窄縫寬度跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，有明顯的衍射現(xiàn)象。 窄縫寬度比波長(zhǎng)大得多時(shí)，衍射現(xiàn)象越不明顯。窄縫寬度與波長(zhǎng)相比非常大時(shí)，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。 結(jié)論：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或 者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。 一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波的特有現(xiàn)象。 我們有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)：將兩塊石子投到水面上的兩個(gè)不同地方，會(huì)激起兩列圓形水波。 它們相遇時(shí)會(huì)互相穿過，各自保持圓形波繼續(xù)前進(jìn)，

6、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。 一般地說，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)，情形是很復(fù)雜的。 我們只討論一種最簡(jiǎn)單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。 演示：在發(fā)波水槽實(shí)驗(yàn)裝置中，振動(dòng)著的金屬薄片 AB，使兩個(gè)小球 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)象如課本圖 10－29 所示。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的

7、疊加原理來解釋。 課本圖 10－30 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)線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。 某一時(shí)刻，如果介質(zhì)中某點(diǎn)正處在這兩列波的波峰中央相遇處 [ 課本圖 10－30 所示中的 a 點(diǎn)] ，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)過半個(gè)周期， 兩列波各前進(jìn)了半個(gè)波長(zhǎng)的距離， a 點(diǎn)就處在這兩列波的波谷中央相遇處，該點(diǎn)（ a 點(diǎn)）的位移就是負(fù)向最大值。再經(jīng)過半個(gè)周期， a 點(diǎn)又處在兩列

8、波的波峰中央相遇處。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 10－30 中畫出的粗實(shí)線上。 某一時(shí)刻，介質(zhì)中另一點(diǎn)如果正處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處 [ 課本圖 10－30 中的 b 點(diǎn)] ，該點(diǎn)位移等于兩列波的振幅之差。 經(jīng)過半個(gè)周期， 該點(diǎn)就處在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇處， 再經(jīng)過半個(gè)周期， 該點(diǎn)又處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處。 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。 如果兩列波的振幅相等，這一點(diǎn)的振幅就等于零

9、。 這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)平靜的原因。這些振動(dòng)最弱的點(diǎn)都分布在課本圖 10－30 中畫出的粗虛線上。可以看出，振動(dòng)最強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)最弱的區(qū)域是相互間隔開的。 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 (inerference) 。形成的圖樣叫做干涉圖樣。 只有兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的波源發(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

10、發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是一切波都具 有的重要特征之一。 演示：敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)音叉，就可以聽到聲音忽強(qiáng)忽弱。這就是聲波的干涉現(xiàn)象。 （ 1）做波的干涉：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。 （ 2）特點(diǎn)：干涉現(xiàn)象是一切波都具有的現(xiàn)象。 （ 3）產(chǎn)生條件：兩列波的頻率必須相同。 內(nèi)容僅供參考