2022年高中物理《波的干涉》教案1 新人教版選修3-4

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1、2022年高中物理波的干涉教案1 新人教版選修3-4波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象,所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認識波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ),教材首先講了波的疊加現(xiàn)象,即兩列波相遇而發(fā)生疊加時,對某一質(zhì)點而言,它每一時刻的振動的總位移,都等于該時刻兩列波在該質(zhì)點引起的位移的矢量和。在學生理解波的疊加的基礎(chǔ)上,進一步說明在特殊情況下,即當兩列波的頻率相同時,疊加的結(jié)果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣,即某些點兩列波引起的振動始終加強,某些點兩列波引起的振動始終減弱,并且加強點與減弱點相互間隔,這就是干涉現(xiàn)象。由于對干涉現(xiàn)象的理解,需要一定的空間想象力,可以錯助圖片、計算機模擬,盡可能使學生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)

2、象。對波的干涉現(xiàn)象,不要求從理論上推導,教學時應注意掌握教學要求,以免增加難度。一 知識目標1 知道波的疊加原理2 知道什么是波的干涉現(xiàn)象和波的干涉圖樣3 知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象二 能力目標培養(yǎng)學生的空間想象能力三 德育目標通過波的疊加原理,使學生認識到事物之間的普遍聯(lián)系四 教學重點波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象五 教學難點波的干涉中加強點的減弱點的位移和振幅的區(qū)別六 教學過程一 引入什么是波的衍射?產(chǎn)生明顯衍射的條件是什么?波的衍射是一個波源發(fā)出的波的情況,那么兩列波或兩列以上的波在同一介質(zhì)中傳播又會發(fā)生什么樣的情況呢?二 新課教學1 波的疊加原理設(shè)問:把兩個石子在不同的地方投入到池塘的水

3、中,就會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,都將改變原來的運動狀態(tài)呢,演示:用一根長繩,兩同學在這根長繩的兩端分別向上抖動一下學生觀察現(xiàn)象?,F(xiàn)象:抖動一下后,看到有兩個凸起的狀態(tài)相向傳播,兩列波相遇后彼此穿過,繼續(xù)傳播,波的形狀和傳播情況和相遇前完全一樣??偨Y(jié):兩列波相遇以后,每列波都像相遇前一樣,保持各自原來的波形繼續(xù)向前傳播,這就是波的獨立特性。多媒體演示相遇前和相遇后的波形相遇后相遇前引導:兩列波在相遇前后都保持各自的運動狀態(tài),那么在兩列波相遇的區(qū)域里,情況又是怎樣的呢?多媒體演示繩波相遇區(qū)的情況總結(jié):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)

4、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,這叫波的疊加原理。討論:兩列波振動方向相同和相反的波疊加時,振幅如何變化?振動是加強還是減弱?兩列波疊加時,若兩列波振動方向相同,則振動加強,振幅增大;若兩列波振動方向相反,則振動減弱,振幅減小。2 波的干涉演示:把兩個金屬絲固定在同一個振片上,當振片振動時兩根金屬絲周期性的觸動水面,形成兩列波,觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域出現(xiàn)的現(xiàn)象。說明:由于這兩列波是同一個振動片引起的,所以這兩列波的振動頻率和振動步調(diào)相同現(xiàn)象:在振動的水面上出現(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

5、種區(qū)域在水面上是固定的,而且相互隔開。多媒體演示課本中水波的干涉圖樣及波的干涉示意圖為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?會析:A點,設(shè)波源S1、S2在A點引起的振幅分別為A1、A2,以波峰和波峰在A點相遇開始計時,波源S1、S2在A點引起的振動圖像分別如圖甲、乙所示,當兩列波重疊時,由波的疊加原理可知,質(zhì)點A同時參與這兩個振動,合振動的圖像如圖丙所示。A1-A1tyA2-A2tyA1+A2-(A1+A2)yt說明:從圖中可以看出,對于A點,在t=0時刻,是兩波的波峰和波峰相遇,經(jīng)過半個周期就變成波谷和波谷相遇,而質(zhì)點A的位移是兩列波分別引起A點位移的矢量和,A點為振動加強點。A1-A1tyA2-A2tyA

6、1+A2-(A1+A2)ytB點,以S1、S2分別將波峰的波谷傳到B點的時刻開始計時,波源S1、S2分別引起質(zhì)點B的振動的圖像如圖甲、乙所示,當兩列波在B點疊加后質(zhì)點B同時參與兩個運動,位移仍為兩列波在B點各自位移的矢量和,合振動圖像如圖丙所示總結(jié):我們看到兩列波在B點引起的振動的位移總是想反且同時到達最大值和最小值,這時,質(zhì)點B的振幅等于兩列波振幅之差的絕對值,B點是振動減弱點??偨Y(jié):當頻率相同的波相遇時,當兩列波的波峰在介質(zhì)中某點(如A點)相遇時,兩列波在此點引起的振動總是同時到達波峰和波谷,同時位于平衡位置崮此,該點仍以波源的頻率在平衡位置振動,只是振幅等于兩列波單獨存在時引起的振幅之和

7、,這就是振動加強點當這兩列波的波峰和波谷在介質(zhì)中某點(如B點)相遇時,兩列波在此點引起的振動的位移總是相反的,且同時達到最大值和最小值,因此,該點仍以波源的頻率在平衡位置振動,只是振幅等于兩列波單獨存在時引起的振幅之差的絕對值,這就是振動減弱點。若兩列波的振幅相等,在振動減弱點引起的振動的合位移有什么特點?合位移為零,即在振動減弱點,介質(zhì)不振動在圖中實線與實線或虛線與虛線的交點為振動加強點,這些點連成的線用黑實線畫出,表示振動加強區(qū)域,反之,為振動減弱區(qū)??梢姡l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,而且振動加強區(qū)域的振動減弱區(qū)域相互隔開,這種現(xiàn)象叫波的干涉,所形成的圖樣叫

8、干涉圖樣。3 產(chǎn)生波干涉的條件演示比較:用同一個振片帶動兩個振針振動,觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象、用兩個振動頻率不同的振針激起兩列水波觀察現(xiàn)象現(xiàn)象:前者中有穩(wěn)定的干涉圖樣,后者中沒有穩(wěn)定的干涉圖樣總結(jié):要形成穩(wěn)定的干涉圖樣,互相疊加的兩列波的頻率必須相同。說明:如果兩列波疊加時,如果振幅相差很大,將不會有明顯的干涉圖樣,因為振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域都在振動而且振幅差別不明顯課堂練習:1 如圖所示是沿一條直線相向傳播的兩列振幅和波長均相等的波,它們相遇時可能出現(xiàn)的波形是下圖中的哪個?ABCDaecdb2 如右圖所示是某時刻兩列波發(fā)生干涉的圖樣,找出振動加強點和振動減弱點( )a減弱 bc加強 d點處在振動加強區(qū)上,因此也是振動加強點,在此時刻正好處在平衡位置上。 e點即不加強也不減弱,振幅即不是最大也不是0

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