第六节波的干涉

1、第六节 波的干涉教学目标：（一）知识与技能1、知道波的叠加原理。2、知道什么是波的干涉现象和干涉图样。3、知道干涉现象也是波所特有的现象。（二）过程与方法理解波的干涉是波特有的现象。（三）情感、态度与价值观了解波的干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的紧密联系。教学重点：波的干涉现象及其产生条件。教学难点：波的叠加原理。教学方法:实验演示和多媒体辅助教学。教学用具：长绳、发波水槽（电动双振子）、音叉、计算机、投影仪、大屏幕、CAI 课件教学过程：（一）引入新课教师： 前面研究的波的衍射现象，是从波源发出的一列波的传播特性。在实际情况中，常可看到几列波同时在介质中传播。那么， 两列或几列波在介

2、质中相遇时，将会发生什么现象呢？（二）新课教学1、波的叠加教师： 我们有这样的生活经验：将两块石子投到水面上的两个不同地方，会激起两列圆形水波。它们相遇时会互相穿过，各自保持圆形波继续前进，与一列水波单独传播时的情形完全一样，这两列水波互不干扰。观察其他波动现象，同样可以发现在同一介质中传播的几列波相遇时，每一列波都能保持自身的频率、波长、 振动方向和传播方向不发生变化，这叫做波的独立传播原理。两个或几个运动着的物体相遇时，发生碰撞，结果它们原来的运动状态一定会发生改变。只有波相遇时会互相穿过，相遇后跟没有遇到其他波一样，能保持本身特性继续传播。两列波相遇时是怎样互相穿过的呢？我们可以仔细观察

3、下述实验。【演示】 在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，分别产生两个凸起状态1 和 2 在绳上相向传播。观察现象：两列波彼此穿过，继续传播。波形和传播情况跟相遇前一样。课件演示：波的干涉，演示波的叠加场景。对现象的解释：在介质中选一点P为研究对象，在某一时刻，当波源1的振动传播到P 点时，若恰好是波峰，则引起P 点向上振动；同时，波源2 的振动也传播到了P 点，若恰好也是波峰，则也会引起P 点向上振动；这时，P 点的振动就是两个向上的振动的叠加，P 点的振动被加强了。（当然，在某一时刻，当波源 1 的振动传播到P 点时，若恰好是波谷，则引起P 点向下振动；同时，波源2的振动传播到了P 点时，

4、若恰好也是波谷，则也会引起P 点向下振动；这时，P点的振动就是两个向下的振动的叠加，P 点的振动还是被加强了。）用以上的分析，说明什么是振动被加强。波源1经过半周期后，传播到P点的振动变为波谷，就会使P点的振动向下，但此时波源2 传过来的振动不一定是波谷（因为两波源的周期可能不同）， 所以，此时P 点的振动可能被减弱，也可能是被加强的。（让学生来说明原因）提问：如果希望P 点的振动总能被加强，应有什么条件?提问：如果在介质中有另一质点 Q希望Q点的振动总能被减弱，应有什么条件 ?学生思考并回答：波源1 和波源 2 的周期应相同。教师总结：两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列

5、波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。结论： 在两列波重叠的区域里，任一时刻某一质点的位移，等于这两列波单独传播到该点时引起的位移的矢量和，这叫做波的叠加原理。这一原理对于一切波都是适用的。2、波的干涉教师：一般地说，振动频率、振动方向都不相同的几列波在介质中叠加时， 情形是很复杂的。我们只讨论一种最简单的但却是最重要的情形，就是两个振动 方向、振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。【演示】在发波水槽实验装置中，振动着的金属薄片AB,使两个小球S、S2同步地上下振动，由于小球 S、S2与槽中的水面保持接触，构成两个波源，水 面就产生两列振动方向相同、频率也相同的波，这

6、样的两列波相遇时产生的现象 如课本图12.6 2所示。课本图12.6 2所示是从发波水槽上方拍摄的照片， 从 照片中可以清晰地看到，在振动着的水面上，出现了振动加强和振动减弱区域相 互间隔分布的情况。课件演示：水波的干涉，观察实物图和立体图。为什么会产生这种现象呢？我们可以用波的叠加原理来解释。课本图12.63所示的是产生上述现象的示意图。S和&表示两列波的波源，它们所M产生的波分别用两组同心圆表示，实线圆弧表./i ,; 讨示波峰中央，虚线圆弧表示波谷中央。某-时./荏编£忌 刻，如果介质中某点正处在这两列波的波峰中4,.；工，lI kA /央相遇处（课本图12.63所示中

7、的M点），IH |工冷展的十而的修$吏困 则该点（M点）的位移是正向最大值，等于两列波的振幅之和。经过半个周期，两列波各前进了半个波长的距离，M点就处在这两列波的波谷中央相遇处，该点（M点）的位移就是负向最大值。再经过半个 周期，M点又处在两列波的波峰中央相遇处。这样，M点的振幅就等于两列波的振幅之和，所以M点的振动总是最强的。这些振动最强的点都分布在课本图 12.6 3中画出的粗实线上。某一时刻，介质中另一点如果正处在一列波的波峰中央 和另一列波的波谷中央相遇处（课本图 12.6 -3中的N点），该点位移等于两列 波的振幅之差。经过半个周期，该点就处在一列波的波谷中央和另一列波的波峰 中央相

8、遇处，再经过半个周期，该点又处在一列波的波峰中央和另一列波的波谷 中央相遇处。这样，该点振动的振幅就等于两列波的振幅之差，所以该点的振动总是最弱的。如果两列波的振幅相等，这一点的振幅就等于零。这就是为什么在某些区域水面呈现平静的原因。这些振动最弱的点都分布在课本图12.6 3 中画出的粗虚线上。可以看出，振动最强的区域和振动最弱的区域是相互间隔开的。课件演示：水波的干涉，观察示意图。总结： 频率相同的波，叠加时形成某些区域的振动始终加强，另一些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉（ inerference ） 。形成的图样叫做干涉图样。只有两个频率相同的波源发出的波，叠加时才会获得稳定的干涉图样，这样的波源叫做相干波源，它们发出的波叫做相干波。不仅水波，一切波都能发生干涉，干涉现象是一切波都具有的重要特征之一。【演示】敲击音叉使其发声，然后转动音叉。引导学生观察现象。现象：可以听到声音忽强忽弱。解释：这是声波的干涉现象。音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱的现象。（三）课堂小结本节课我们学习了波的叠加和波的干涉。两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。频率相同的波，叠加时形成某些