人教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波4 波的干涉教案及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波4 波的干涉教案及反思，共13页。教案主要包含了创设情景 引入课堂等内容，欢迎下载使用。


课 题
3.4 波的干涉
课 型
新授课 eq \\ac(□,√) 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
2023年 月 日
教学内容分析
干涉是波特有的现象，也为后面学习光的衍射做铺垫。课本从实验演示、观察和实验现象的分析入手得出结论。无论是叠加还是干涉，为了有助于学生感性认识和理解，在实验的基础上还要增加动画演示。其中波的相干条件是学习的难点，教学是注意把握难度。
学习者
分析
学生的思维基础：已经具备一定的抽象思维和归纳推理以及演绎推理的能力。
学生的知识基础：学生已学习过机械波的相关概念。
学生的能力基础：
1.能够描述生活中波的现象。
教学目标与核心素养
物理观念∶知道波的叠加原理，波的干涉是波的叠加的结果。
科学思维∶通过对波的叠加及波的干涉现象的学习，培养学生空间想象的思维能力。
科学探究：通过分析视频、演示实验，体会波的叠加规律及干涉规律，引导学生养生多观察、多思考乐于探究事物本质的学习习惯。
科学态度与责任∶通过波的叠加分析，培养严谨的科学态度。
教学准备
教学用多媒体课件、相关实验器材
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
【创设情景 引入课堂】
在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成了复杂而美丽的图案。这种图案是怎样产生的？
用一盆水来做演示。
教师通过提问的方式引入新课，引发学生思考。
教师演示水波（用一盆水演示）
回顾有关波的知识
认真观察教师演示实验
通过回忆前面所学波的相关知识，帮助学生巩固所学知识，并引入波的叠加。
探索新知： 知识点一：波的叠加
（一）波的叠加
以前你学过两个小球相遇，会发生碰撞，改变各自的运动状态。
问题：那两列波相遇，他们的运动状态会改变吗？
展示生活中的一些波相遇的情况，来思考一下这个问题。比如你可以同时听到各种乐器的声音，电视可以接到各个电视台的广播节目等。
这一切事例，都表明不同的波会同时在介质中传播，在他们相遇后仍能保持各自原来的频率，波长，振幅和传播方向不变。就像没有遇到其他波一样。波的这个特性被称作波的独立传播原理。
独立传播原理：相遇后仍能保持各自原来的频率，波长，振幅和传播方向不变。
用绳波来演示一下这个独立传播原理。
演示：观察波的叠加现象
在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下， 在绳上分别产生相向传播的两列波。 观察两列波的传播情况。
现象：他们向对方传播，当他们在中间相遇后，彼此穿过，继续传播，播的形状和传播情况都和相遇前一样。
通过动画再一次演示一遍，加深印象。
思考：在波相遇的瞬间，质点的振动是什么样的呢？
以这个P点为例，再来看一下慢动作，两列波在中间相遇了，如果只有波峰1传到p点，位移是y1。当波谷2传到P点，其位移是y2，最终p点的位移是y1减去y2。也就是说两列波相遇时，每一个质点振动的位移等于两列波单独传播时的位移的矢量和。这就是叠加原理。
叠加原理：两列波相遇时，每一个质点振动的位移等于两列波单独传播时的位移的矢量和。
波的叠加原理和独立传播原理，在两列波相遇时，质点的位移等于它们各自位移的矢量和，而在相遇后，他们会按照各自的特性，互不干扰继续前进。
课堂练习
例1：在这个绳波左端波1的振幅是A1，另一端的波2的振幅是A2且AP=PB，则下列哪个选项是正确的（ ）
A.两列波同时到达P点
B.两列波相遇时，P点的波峰可达（A1+A2）
C.两列波相遇后各自保持原来波形独立传播
D.两列被相遇时，绳上振幅可达（A1+A2）的质点只有一点
教师引导学生通过已有的知识思考
那两列波相遇，他们的运动状态会改变吗？
展示生活中波相遇的情景，比如你可以同时听到各种乐器的声音
教师通过提问，听音乐，生活中波的叠加现象引导学生分析得出结论。
独立传播原理：相遇后仍能保持各自原来的频率，波长，振幅和传播方向不变。
教师视频演示机械波的叠加。引导学生观察实验现象。
教师提问：思考：在波相遇的瞬间，质点的振动是什么样的呢？
教师引导学生分析现象，师生共同总结得出叠加原理
叠加原理：两列波相遇时，每一个质点振动的位移等于两列波单独传播时的位移的矢量和。
教师展示课堂练习
引导学生思考
对学生学习情况进行面批
思考教师所提出的问题，以小组形式得出小组答案。
认真思考对比生活中波相遇的情况，分析两列波的传播情况。
积极参与到教师的课堂中来，认真思考、得出自己的结论。
认真观察动画，
总结实验现象
通过动画的观察，思考教师剃齿的问题，
积极参与，认真分析，随教师共同总结叠加原理。
认真完成课堂练习，积极参与到课堂中来。
通过观察思考所学的知识碰撞，由此教师引导学生思考波相遇时运动状态是否也发生变化。引起学生思考。引起学生认知冲突。由此介绍波的传播的独立性
通过教师的总结，学生思考最后得出波传播的独立性
通过动画演示实验，学生观察实验现象。教师引导共同得出波的叠加原理。
以小组交流讨论的方式进行讨论，使学习效率得到提高。
学生展示小组讨论成果，充分培养学生语言表达能力。
现学现用，能够提高对知识的引用。同时通过面批的方式，师课堂教学效率得到极大的提高。
探索新知： 知识点二：波的干涉
思考：两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？
（三）波的干涉
演示：观察水波的干涉
水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。这两个波源发出的是频率相同的波。两列波的振动方向也 相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位 差保持不变（总是0）。
视频展示。
现象：当振动片儿振动时，两个细杆会周期性的接触水面，形成两个波源。在两个波源发出波的重叠区域会形成这种条纹相间的情况，这种现象叫做波的干涉。
经过观察，这两个相间的区域分别是振动加强区和振动减弱区，这两个区域是固定的。
思考：那为什么会形成这种现象呢？
用这幅图来为你详细解释一下。用两组同心圆表示，两列波，波源是S1和S2，蓝线代表波峰，黑线代表波谷，相邻两个同心红线的距离就等于一个波长。在两个波的波峰与波峰相遇的点，他的位移就是两列波的振幅之和，这个点标为M点。
以此时刻为初始时刻建立直角坐标系，分别画出两列波在M点的振动图像，绿线代表波源S1的波传播到M后，M的振动情况。紫线代表波源S2的波传播到M点后，M的振动情况，将两个振动图像移到同一个坐标系中，M的振幅就是两列波的最大位移的适量和。可以看出它的振动总是最剧烈的，我们把这种点称作加强点。
再回到这样个图中，找到两列波的波峰和波谷相遇的点，这个标为N点，在此时刻初始时刻建立直角坐标系，分别画出两波在N点的振动图像 将两个振动图像移到同一个坐标系中，两列波的位移一直是等大反向的。那N的位移就一直是零，它的振动总是脆弱的，我们把这种点称作减弱点。
加强点与减弱点的的分布
在干涉的示意图中，这几条是加强点的连线，而这几条是减弱点的连线，你知道加强点和减弱点的分布特点吗？
首先我们已经知道波源是这两个细杆形成的，这两根细杆儿又连接在同一个振片上，所以这两个波源的频率和相位都相同。
从图中可以看出这个加强点M到右波源S2的距离是3λ，到左侧波源S1的距离是5λ。我们把这种质点到波源的距离称作波程，用字母r表示。即
波程（r）：质点到波源的距离。
而质点M到两个波源的波程差就是两倍的波长即：∆r=2λ。
用M点的振动图像来探究一下。因为M的波程差是两倍波长，所以两个波传播到M的时间差就是两个周期。即S1的波传播到M点时S2的波已经在M点完成了两个整振动。此后两列波在M点的振动恰好是同步的，这正好是加强点的特性。
再比如这个A点到S1的波程是2λ，到S2的波程是3λ。所以他的过程差就是一个波长，那两列波传播到A点的时间差就是一个周期，也就是说两个波在A点的振动也是同步的。不难发现对于这种频率和相位都相同的波源到两列波的波程差等于波长整数倍的点，都是加强点。即
加强点：∆r=nλ（n=）
找到了其他强点的规律，再来看看减弱点。
以点N为例，他到S2的波程是3.5λ，到S1的波程是5λ，它的波程差就是∆r=1.5λ，那两个波传播到N点的时间差就是1.5倍周期。从振动图像来看S2的波在N点完成一个半整振动，S1的波传到了N点。此后的振动是这样的，两列波在N点的振动都是反向的，那这个点就是减弱点。显然对于频率和相位相同的波员，当波程差是半波长的奇数倍时两列波在该点的振动一定会是相反的，这个点就是减弱点。即
减弱点：
在这幅图中用实现将加强点连接起来，再用虚线将减弱点连接起来，这样就形成了加强和减弱区。其中在加强区两列波引起的振动总是相互加强的，而在减弱区两列波引起的振动总是相互削弱的。
结论：
频率相同,振动方向相同,相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
做一做：声音干涉
安装两个相同的扬声器，并且使它们由同一个信号源带动，发出相同频率的声音。 同学们分成两组，手持不同颜色的标志（如A 组持白，B 组持黑），分散在两个扬声器之 间，注意听扬声器发出的声音，并且小范围地移动。A组同学移动到声音最大位置停住， B组同学移动到声音最小（或听不到声音）位置停住。找到位置后都把标志举起，看看A 组和B组同学所在位置的分布有什么规律。
主动降噪技术
噪声会影响我们的日常生活，人们通常在声源处、传播过程中以及人耳处采取措施，以控制噪声。主动降噪技术使我们摆脱噪声的困扰，它不仅能够营造安静的生活氛围，而且能够在机场等强噪声场景下保护人们的健康。
提出问题：两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？
教师演示实验学生观察实验
教师提出问题
大家看到什么现象？
教师总结现象
当振动片儿振动时，两个细杆会周期性的接触水面，形成两个波源。在两个波源发出波的重叠区域会形成这种条纹相间的情况，
总结波的干涉现象的定义
教师提出问题
为什么加强区和减弱区会是固定的呢？
我什么会形成这种现象呢？
展示波的干涉图样
教师解释形成这种现象的原因
震动图像的分析
教师提问
在干涉的示意图中，这几条是加强点的连线，而这几条是减弱点的连线，你知道加强点和减弱点的分布特点吗？
通过教师的分析总结加强点和减弱点形成的原因
引导学生得出加强点的表达式∆r=nλ
通过分析得出减弱点的表达式
教师引导学生得出结论，频率相同,振动方向相同,相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
教师引导学生进行小组合作的方式，讨论生活中波的干涉现象；
干涉现象在生活中的应用介绍
认真思考教师所提出的问题，
观察实验，观察现象，和教师一起总结实验现象。
认真总结，得出波的干涉现象的定义
思考教师提出的问题
表达自己的观点
认真观察干涉图样，分析干涉图样产生的原因
思考、理解干涉图样产生加强区和减弱区的原因以及表达式
分析解释生活中的干涉现象。
收集干涉现象在生活中应用的实例，了解生活中的干涉现象。
通过提问引起学生的思考，重叠区域会发生什么样的现象，引起学生的认知冲突，然后通过实验观察验证学生的猜想。
通过实验验证学生的猜想，同时引导学生分析总结出波的干涉的定义。
教师提出问题，学生思考为什么会形成这种现象？教师展示干涉图样，逐步分析现象得出结论。培养学生轮机推理能力。
通过分析得出加强点的表达式和减弱点的表达式，通过数学表达式分析，使得结论更具有说服力
通过实验声音的干涉让学生体会干涉现象
通过让学生收集相关的材料，了解生活中干涉现象的应用。培养学生将物理知识应用到实际生活中的能力。
课堂小结
教师提问：今天我学到了什么？
学生自己完成教师展示学生成果
主板书设计
3.4波的干涉
一、波的叠加
①独立传播原理：相遇后仍能保持各自原来的频率，波长，振幅和传播方向不变。
②叠加原理：两列波相遇时，每一个质点振动的位移等于两列波单独传播时的位移的矢量和
二、波的干涉
频率相同,振动方向相同,相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
教学反思