高中物理人教版 (新课标)选修34 波的衍射和干涉教学设计

一．     知识目标

1．    知道波的叠加原理

2．    知道什么是波的干涉现象和波的干涉图样

3．    知道干涉现象也是波特有的现象

二．     能力目标

培养学生的空间想象能力

三．     德育目标

通过波的叠加原理，使学生认识到事物之间的普遍联系

四．     教学重点

波的叠加原理和波的干涉现象

五．     教学难点

波的干涉中加强点的减弱点的位移和振幅的区别

六．     教学过程

一．     引入

什么是波的衍射？

产生明显衍射的条件是什么？
波的衍射是一个波源发出的波的情况，那么两列波或两列以上的波在同一介质中传播又会发生什么样的情况呢？

二．     新课教学

1．    波的叠加原理

设问：把两个石子在不同的地方投入到池塘的水中，就会有两列波在水面上传播，两列波相遇时会不会像两个小球相碰时那样，都将改变原来的运动状态呢，

演示：用一根长绳，两同学在这根长绳的两端分别向上抖动一下学生观察现象。

现象：抖动一下后，看到有两个凸起的状态相向传播，

两列波相遇后彼此穿过，继续传播，波的形状和传播情况和相遇前完全一样。

总结：两列波相遇以后，每列波都像相遇前一样，保持各自原来的波形继续向前传播，这就是波的独立特性。

[多媒体演示相遇前和相遇后的波形]

引导：两列波在相遇前后都保持各自的运动状态，那么在两列波相遇的区域里，情况又是怎样的呢？

[多媒体演示绳波相遇区的情况]

总结：几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和，这叫波的叠加原理。

讨论：两列波振动方向相同和相反的波叠加时，振幅如何变化？振动是加强还是减弱？

两列波叠加时，若两列波振动方向相同，则振动加强，振幅增大；若两列波振动方向相反，则振动减弱，振幅减小。

2．    波的干涉

演示：把两个金属丝固定在同一个振片上，当振片振动时两根金属丝周期性的触动水面，形成两列波，观察在两列波相遇重叠的区域出现的现象。

说明：由于这两列波是同一个振动片引起的，所以这两列波的振动频率和振动步调相同

现象：在振动的水面上出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上是固定的，而且相互隔开。

[多媒体演示课本中水波的干涉图样及波的干涉示意图]

为什么会出现这种现象呢？

会析：A点，设波源S1、S2在A点引起的振幅分别为A1、A2，以波峰和波峰在A点相遇开始计时，波源S1、S2在A点引起的振动图像分别如图甲、乙所示，当两列波重叠时，由波的叠加原理可知，质点A同时参与这两个振动，合振动的图像如图丙所示。

说明：从图中可以看出，对于A点，在t=0时刻，是两波的波峰和波峰相遇，经过半个周期就变成波谷和波谷相遇，而质点A的位移是两列波分别引起A点位移的矢量和，A点为振动加强点。

B点，以S1、S2分别将波峰的波谷传到B点的时刻开始计时，波源S1、S2分别引起质点B的振动的图像如图甲、乙所示，当两列波在B点叠加后质点B同时参与两个运动，位移仍为两列波在B点各自位移的矢量和，合振动图像如图丙所示

总结：我们看到两列波在B点引起的振动的位移总是想反且同时到达最大值和最小值，这时，质点B的振幅等于两列波振幅之差的绝对值，B点是振动减弱点。

总结：当频率相同的波相遇时，当两列波的波峰在介质中某点（如A点）相遇时，两列波在此点引起的振动总是同时到达波峰和波谷，同时位于平衡位置崮此，该点仍以波源的频率在平衡位置振动，只是振幅等于两列波单独存在时引起的振幅之和，这就是振动加强点

当这两列波的波峰和波谷在介质中某点（如B点）相遇时，两列波在此点引起的振动的位移总是相反的，且同时达到最大值和最小值，因此，该点仍以波源的频率在平衡位置振动，只是振幅等于两列波单独存在时引起的振幅之差的绝对值，这就是振动减弱点。

若两列波的振幅相等，在振动减弱点引起的振动的合位移有什么特点？

合位移为零，即在振动减弱点，介质不振动

在图中实线与实线或虚线与虚线的交点为振动加强点，这些点连成的线用黑实线画出，表示振动加强区域，反之，为振动减弱区。

可见，频率相同的两列波叠加使某些区域的振动加强某些区域的振动减弱，而且振动加强区域的振动减弱区域相互隔开，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫干涉图样。

3．    产生波干涉的条件

演示比较：用同一个振片带动两个振针振动，观察产生的现象、用两个振动频率不同的振针激起两列水波观察现象

现象：前者中有稳定的干涉图样，后者中没有稳定的干涉图样

总结：要形成稳定的干涉图样，互相叠加的两列波的频率必须相同。

说明：如果两列波叠加时，如果振幅相差很大，将不会有明显的干涉图样，因为振动加强区域和振动减弱区域都在振动而且振幅差别不明显

课堂练习：

1．    如图所示是沿一条直线相向传播的两列振幅和波长均相等的波，它们相遇时可能出现的波形是下图中的哪个？

2．    如右图所示是某时刻两列波发生干涉的图样，找出振动加强点和振动减弱点（      ）

a减弱      bc加强        d点处在振动加强区上，因此也是振动加强点，在此时刻正好处在平衡位置上。         e点即不加强也不减弱，振幅即不是最大也不是0