2019-2020年高中物理 《波的干涉與衍射》教案 滬科版選修3-4.doc
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2019-2020年高中物理 《波的干涉與衍射》教案 滬科版選修3-4.doc
2019-2020年高中物理 波的干涉與衍射教案 滬科版選修3-4一、教學目標1 知識和技能:(1)知道波的疊加原理(2)知道波的干涉是特殊情況下波的疊加現(xiàn)象,知道干涉圖樣(3)知道干涉的必要條件(4)提高實驗觀察能力和正確表述實驗現(xiàn)象的能力2 過程和方法:熟悉和適應課堂教學中運用現(xiàn)代信息技術和環(huán)境3 情感、態(tài)度、價值觀:培養(yǎng)合作與分享的學習習慣二、教學設計思路和流程“波的干涉”是高中物理教學的重要內容,也是學生學習的難點。本節(jié)課力圖貫徹“以學生發(fā)展為本”的教學理念,在課堂教學模式上有所突破,同時根據(jù)學生的認知過程而致力于教學環(huán)節(jié)的設計,使學生掌握基礎知識,提高基本能力。首先注意創(chuàng)設學習情景,激發(fā)學生的學習興趣,形成良好的學習動機。在整節(jié)課上安排了多個演示和學生實驗,把對干涉現(xiàn)象的理解建立在堅實的實驗觀察基礎之上。在教學手段方面則充分運用現(xiàn)代信息技術的平臺,以多媒體動畫課件復現(xiàn)“轉瞬即逝”的物理過程,提高觀察和思維訓練的效果。同時,設計一定量的學生活動與合作學習,使學生在體驗和探究的基礎上得出結論。為了解決課堂教學中的個別化教學難題,嘗試使用“提示卡”。三、教學準備:自制聲波駐波演示器、長約兩米的透明水槽、改進的發(fā)波水槽6套、計算機一臺、攝像機、投影儀等。四、教學過程(一)引入新課(直接切入課題)上節(jié)課我們研究了波的衍射現(xiàn)象,知道波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播,這是波特有的一種現(xiàn)象,今天我們來研究波特有的另一種現(xiàn)象波的干涉。(二)新課教學一、波的疊加演示聲音駐波實驗,激發(fā)學生興趣。約2米長的有機玻璃管中平鋪一些染色泡沫粒子,一頭用平滑的蓋子封閉,另一頭接揚聲器,當揚聲器發(fā)出一列約160 Hz聲波,管中粒子排列成一個一個扇面,波腹處扇面高,波節(jié)處扇面小。把蓋子拿掉,現(xiàn)象消失,蓋子裝上,現(xiàn)象出現(xiàn)。教師說明:揚聲器發(fā)出的一列波與平滑的蓋子反射的波在管中相遇形成了這樣的現(xiàn)象。提出問題:在日常生活中是否見過兩列波相遇的情況?學生舉例。1、波的獨立傳播性播放雨滴落在水面的錄像,要求學生邊看邊想:兩列水波相遇后,是否與小球相碰一樣,會改變原來的運動狀態(tài)?學生通過觀察,發(fā)現(xiàn)水波相遇后繼續(xù)一圈一圈的向外傳播,此時教師指出兩列波相遇,跟小球相碰不一樣!小球相碰后運動狀態(tài)會改變,而兩列波相遇,它們能彼此穿過,穿過后波的形狀和傳播的情形都不變,保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播,彼此都不受影響,這種現(xiàn)象表明波具有獨立傳播性。在了解波具有獨立傳播性后,請學生聯(lián)系生活舉例說明波具有獨立傳播的性質。2 波的疊加性在大水槽中演示波的疊加現(xiàn)象。演示時分四個步驟:第一次演示如何在水槽是造波,即搖動刮板;第二次演示如何產(chǎn)生單個脈沖波,即一個來回迅速抖動刮板;第三次,第四次請兩位同學在兩邊同時產(chǎn)生單個脈沖波的疊加,但兩次觀察的側重點不同,一次注意峰峰相遇,另一次注意谷谷相遇。通過觀察實驗歸納得出:峰峰相遇,新的波峰變高了;谷谷相遇,新的波谷變低了。提問并請學生猜想:如果恰好一邊是波峰傳過來,另一邊是波谷傳過來,它們相遇會怎么樣?播放繩波疊加動畫,分兩次演示分析:第一次整個過程演示一遍,在學生頭腦中建立整體概念;第二次慢鏡頭演示并定格,從定量的角度,結合運動合成的知識研究相遇區(qū)域中各質點的運動。結論:幾列波相遇,重疊的區(qū)域介質的質點是同時參與這幾列波引起的振動,質點的位移等于這幾列波單獨傳播時引起的位移的矢量和。峰峰相遇、谷谷相遇,引起質點的振動都是相長的;峰、谷相遇引起質點的振動是相消的。二、波的干涉1 通過實驗觀察分析波的疊加中的一種特殊現(xiàn)象,即兩列相同波的疊加。(1)介紹實驗裝置:在同一振片上引出兩個振源,因此就可以在水面上形成兩列頻率相同的水波。(2)學生分組實驗:適當調節(jié)頻率旋鈕,觀察方形水槽中兩列相同水波相遇的重疊區(qū)域出現(xiàn)的圖樣,并與教師提供的雨滴形成的疊加圖樣的錄像相比較,找出相同及不同之處,特別是找出不同的特征;觀察后小組內部交流,準備用語言描述水槽中圖樣的特征。(3)教師指導觀察:觀察水槽的角度應適當傾斜一點,借助反射光線,可以有最佳的觀察角度;對于個別小組的特殊問題,用“提示卡”幫助解決。(4)教師與學生共同探討如何描述疊加區(qū)域圖樣的特征:條紋(位置固定,間隔分布)2、借助于三維動畫進行研究:為什么兩列相同的波相遇疊加會形成這樣特殊的疊加圖樣?觀察:(1)整體觀察疊加后的波形,(2)剖面觀察疊加區(qū)域里質點的運動,從而加深對實驗現(xiàn)象的理解。為了討論這些區(qū)域質點是如何運動的,因此在邊上找?guī)讉€有代表性的質點進行分析。(1)觀察這些點的運動,學生發(fā)現(xiàn)有些點上下振動而且振動幅度加大,而另一些點卻幾乎不動。提問:兩個振源傳過來的波都要引起這一點(不振動點)的振動,為什么這一點的振幅幾乎為零呢?而另一些點振動幅度卻很大呢?(2)學生小組討論,代表發(fā)言:分析:幾乎不振動的點:當s1產(chǎn)生的一列波傳到這點的是波峰,則s2產(chǎn)生的一列波傳到這點的一定恰好是波谷,振動相消;過了半個周期,s1產(chǎn)生的一列波傳到這點的是波谷,s2產(chǎn)生的一列波傳到這點的一定是波峰,所以這點的振動始終是減弱的。再分析:振動幅度很大的點:當s1產(chǎn)生的一列波傳到這點的是波峰,則s2產(chǎn)生的一列波傳到這點的也應該恰好是波峰,這時位移最大;半個周期后,s1產(chǎn)生的一列波傳到這點的是波谷,則s2產(chǎn)生的一列波傳到這點的一定恰好也是波谷,這時位移也是最大,所以這點的振動始終加強。振幅是兩列波的振幅之和。(3)提問:振動加強的點位移有沒有為零的時刻?學生回答,教師概括:振動加強點它的位移在不斷地隨時間變化。3、利用平面動畫來尋找振動加強的點和振動減弱的點的分布規(guī)律及振動加強區(qū)域和振動減弱區(qū)域的分布。振源s1、s2同時產(chǎn)生頻率相同的兩列波,實線表示波峰,虛線表示波谷,形成一幅動態(tài)的平面疊加圖樣。(1)選擇某一時刻的疊加圖樣。如果某一時刻該點的振動是加強的,那么它的振動始終是加強的,如果某一時刻該點的振動是減弱的,那么它的振動始終是減弱的。(2)分析討論圖示A、B兩點的振動情況,發(fā)現(xiàn)實線與實線相交的A點,即波峰與波峰相遇的點,是振動加強的點;實線與虛線相交的B點,是振動減弱的點。(3)學生分組活動:通過小組討論,在提供的圖紙上(上面已印好某一時刻兩列頻率相同的波相遇疊加的圖樣)用紅色的實心圓點標出振動加強的點,用藍色的實心圓點標出振動減弱的點。教師邊指導邊介紹好的分工協(xié)作方法,兩個同學負責描出振動加強的點,兩個同學負責描出振動減弱的點,速度很快,提高各小組的效率。(4)把白紙反而的投影片薄膜用回型針固定在白紙的正面上,并在薄膜上用紅色的線把加強的點連成加強的區(qū)域,用藍色的線把減弱的點連成減弱的區(qū)域。交流:教師從小組完成的圖樣中選擇兩幅,請同學再一次觀察水面重疊區(qū)域的圖樣相對于振源是如何分布的,然后判斷哪一組的圖樣正確。小結:從平面圖中可更清晰地看到,頻率相同的兩列波疊加,會使某些區(qū)域的振動加強,某些區(qū)域的振動減弱,振動加強的區(qū)域始終加強,振動減弱的區(qū)域振動始終減弱,而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象我們稱為波的干涉,所形成的圖樣稱為干涉圖樣。干涉現(xiàn)象跟衍射現(xiàn)象一樣也只是波才具有的,所以是波的特有現(xiàn)象。4 產(chǎn)生干涉的一個必要條件通過雨滴錄像比較得出結論:當頻率相同的兩列波疊加,會出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣;如果兩列波的頻率不同,就看不到穩(wěn)定的圖樣。教師說明:平時遇到波相遇的現(xiàn)象很多,但很少看至干涉現(xiàn)象,就是因為產(chǎn)生干涉需要滿足一定條件,其中一個必要條件就是:兩列波的頻率必須相同。思考題:在干涉現(xiàn)象中,下列說法正確的是()(A)振動激烈的區(qū)域的質點位移始終最大,(B)振動激烈的區(qū)域的質點位移變化最大,(C)振動激烈的區(qū)域的質點始終處于波峰,(D)振動激烈的區(qū)域的質點振幅始終最大。(三)課堂小結:1 知識小結(1)波的疊加現(xiàn)象(2)波的干涉波的特有現(xiàn)象必要條件:頻率必須相同干涉圖樣解釋駐波實驗:開始上課的那個有趣實驗就是兩列聲波的干涉現(xiàn)象,空氣中的聲波是縱波,兩列相同的縱波也會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。設計和建設大禮堂,應該加強干涉現(xiàn)象,還是要消除干涉現(xiàn)象?人們是怎么做到這一點的?這個問題留給課后大家去觀察思考。2 方法和能力小結:本堂課,我們是通過什么方法來研究的、應當培養(yǎng)什么樣的能力?3 情感目標的小結:本堂課在學習知識的同時,應樹立什么樣的情感精神和學習習慣?這對同學們將來終身學習都很有用的。五、課后反思與點評:本節(jié)課充分注重了實驗:一開始聲音駐波實驗,就激發(fā)了學生的學習興趣,大水槽中波的疊加現(xiàn)象演示,使學生觀察到了兩列波疊加的現(xiàn)象,水面波的干涉讓學生分組實驗,注重培養(yǎng)了學生的觀察能力和動手能力。本課時也充分利用了多種媒體:有播放雨滴落在水面的錄像,讓學生親眼看到波的獨立傳播性;有繩波疊加動畫,形象地看到了兩列波疊加時各質點的位移情況;有水面波干涉的三維動畫。解決了本課時的難點。本課時也充分注意以學生發(fā)展為本的思想:不斷地讓學生主動參與,自己動手做實驗,不斷地進行觀察分析現(xiàn)象,經(jīng)常開展討論,歸納結論,特別是讓學生畫出加強點的連線和減弱點的連線時,學生自已探究并與實驗現(xiàn)象對照,然后得出正確結果。在課堂教學過程中,教師充分發(fā)揮了引導和組織作用。六、附錄(一)實驗說明1 聲波的駐波實驗中有機玻璃管與嗽叭的接口處密封性要好,管子的一頭要做成有一段向上彎曲,這是為了防止粒子振動到嗽叭的接口處;嗽叭的功率60 W100 W,同時有機玻璃管和管內的泡沫粒子要去掉靜電;如果管子長約2米,信號發(fā)生器發(fā)出的正弦聲波的頻率在80 Hz左右,形成一個波腹;頻率在160 Hz左右,就會形成兩個波腹,一般最多形成四個波腹。2 大水槽演示波的疊加實驗中水槽是用20 mm厚透明有機玻璃板制成,水槽長2 m、寬20 cm、高50 cm,兩頭的刮板下端固定,加入水的高度在40 cm左右效果最好,水太少疊加效果不明顯。(二)教學說明部分學生在紙上描出的加強區(qū)域和減弱區(qū)域是錯誤的,如果時間充裕,不僅可以通過實驗說明,還可用理論說明。振動減弱的區(qū)域的所有點都是振動減弱的。