3.4波的干涉（教学设计）高二物理（人教版2019选择性）

3.2波的描述教学设计备课人学科物理课题3.2波的描述教学内容分析干涉是波特有的现象，也是学生今后学习光的干涉的基础。但是，学生对与干涉相关的现象缺乏观察。教材以生活中常见的水面涟漪作情境，促使学生思考：“复杂而美丽的图案是怎么产生的？”引导学生从物理学的视角观察自然现象，产生对自然界的好奇心。两列波相遇，首先应弄清单列波引起的某质点振动情况以及波的传播情况，其次是两列波在叠加区域各质点的振动情况，就某一时刻来说，应该确定叠加区域各质点的位移大小，在此基础上才能对两列波叠加过程中的振动加强与减弱形成认识，并将其应用到满足相干条件下的干涉现象的研究中，以帮助学生加深对“波是振动形式的传播”的认识。高中阶段对干涉现象不要从理论上进行讨论，应从实验的角度加强感知，教学中要注意把握教学要求，避免增加难度。学情分析波的干涉是波的一种特有现象，对这方面知识的理解也有利于今后其他物理相关知识的学习和掌握。教材上，把这一节学习放在波的形成与传播知识在学生的头脑中确立之后进行，学生就有了对波的干涉等这些现象进行分析的知识基础和方法基础。作为高二理科的学生，对自然现象好奇心强，学生已经学过运动和力等矢量的合成分解，以及振动和波的基础知识，为认识波叠加原理有了一定的基础。学生能够进行简单的图像分析。教学目标1.了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。2.从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。3.通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。4.知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。教学重难点1.教学重点：知道波的叠加原理，了解波的干涉条件及干涉现象，并学会利用干涉定律解释生活中的的相关现象。2.教学难点：波的叠加现象，波的干涉规律。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入播放视频：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？在介质中常常有几列波同时传播。两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，改变各自的运动特征呢？演示实验：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（图甲）。观察两列波的传播情况。你能大致画出该过程的波形图吗？开始相遇相遇中开始分离分离后两列波相遇后，有什么规律？学生观看视频，并尝试思考回答问题和其他同学交流。学生稍作思考，在学案上留下答案。激发学生思考问题。新课教学一、波的叠加（一）波的叠加请结合上述实验，总结两列波相遇后，有什么规律？1.波传播的独立性：几列波相遇之后，仍然保持它们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好像没有遇到过其他波一样互不干扰。2.波的叠加原理：当几列波在传播过程中相遇时，相遇区域每一点的振动等于各列波单独传播时在该点引起的振动的矢量和。请总结波的加强点和减弱点的规律？有些点两列波振动情况完全相同，称为加强点有些点两列波振动情况完全相反，称为减弱点如果两列波振幅相同，则加强点振幅为2A，做大幅度振动，但并不表示始终处于位移最大处；减弱点始终静止不动的，位移为0（二）生活中波的独立传播和叠加波的叠加和独立性规律在日常生活中有哪些应用？1.开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。2.红绿光束空间交叉相遇(红是红、绿是绿，…)3.空中无线电波很多(仍能分别接收各个电台)学生根据实验结合课文阅读总结两列波相遇以后的规律。学生回答加强点和减弱点的规律。学生回答问题并与其他同学交流。锻炼学生实验归纳能力和课文阅读归纳能力。学生归纳家加强点和减弱点的规律。学会用所学知识分析生活问题二、波的干涉两列频率相同的波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？我们先观察下面的现象。现象：两列频率相同的水波相遇后，在它们重叠的区域里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的位置是固定的，而且相互隔开。如何解释实验现象？（二）实验解释加强的解释：如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列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．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈。减弱的解释：如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静。（三）光的干涉振动加强区的质点振动的振幅为多大？振动减弱区的质点振动的振幅为多大？振动减弱区：振动的振幅等于两列波振幅之差。振动减弱区：振动的振幅等于两列波振幅之差。加强区和减弱区的质点偏离平衡位置的位移始终不变吗？加强区和减弱区的质点偏离平衡位置的位移不是始终不变。而是振动加强区域的质点，其位移始终保持最大。振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小。若两列波的振幅相等，减弱区的质点是否还会离开平衡位置？振动减弱点的振动始终是减弱的；它并不总是处于平衡位置，它也在平衡位置附近振动.只有当两个波源的振幅相等时，才位于平衡位置.若两列波的的频率和相位差不相同，你认为在相互叠加时，能否出现稳定的相间的加强和减弱区呢？如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域。如何才能形成像上述实验现象一样的稳定的加强和减弱的稳定图样呢？(1)两波源的频率相同。(2)振动方向相同。(3)相位差恒定。（四）波的干涉规律1.S1和S2两波源到加强点M到距离只差与波长有什么关系？若两个波源的振动频率和振动步调相同，加强点与两个波源的距离差：△S=S1S2=2n•λ/2(n=0，±1，±2，±3……）2.S1和S2两波源到其他加强点到距离只差与波长有什么关系？你从中可以发现什么样的规律？若两个波源的振动频率和振动步调相同，减弱点与两个波源的距离差：△S=S1S2=（2n+1）•λ/2(n=0，±1，±2，±3……）振动加强点和减弱点满足的条件：若两个波源的振动频率和振动步调相同(1)加强点与两个波源的距离差：（n=0，±1，±2，±3……）加强点与两个波源的距离差是半波偶数的整数倍减弱点与两个波源的距离差：（n=0，±1，±2，±3……）减弱点与两个波源的距离差是半波奇数的整数倍若两个波源的振动频率和振动步调相反减弱点与两个波源的距离差：（n=0，±1，±2，±3……）减弱点与两个波源的距离差是半波偶数的整数倍(2)加强点与两个波源的距离差：（n=0，±1，±2，±3……）加强点与两个波源的距离差是半波奇数的整数倍学生观察视频并记录实验现象。学生解释实验现象并与其他同学交流。学生逐一回答问题。学生归纳问题，总结波的干涉和叠加规律。培养学生观察实验能力。不是老师包讲而是学生现总结培养学生总结归纳能力。避免知识一下子出来而不符合学生理解。加强学生对知识的归纳能力。三、波的多解性思考与讨论思考与讨论：图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.1s时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？在学生思考基础上，引领学生总结：（二）波的多解问题1．造成波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解．②空间周期性：沿传播的方向上，相隔波长的整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解．(2)双向性对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然。①传播方向双向性：波的传播方向不确定．②振动方向双向性：质点振动方向不确定．2．波动问题的几种可能性(1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。(2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能。(3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能。(4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等。3．解决波的多解问题的方法(1)解决周期性多解问题时，一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δt或Δx，若此关系为时间，则t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此关系为距离，则x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。(2)解决双向性多解问题时,养成全面思考的习惯，熟知波有向正、负(或左、右)两方向传播的可能，质点有向上、下(或左、右)两方向振动的可能。现在你可以回答思考与讨论了吗？提示：只知道两个时刻的波形,不能判断波的传播方向。图示波形中,若0.1s=(n+)T,可判定波向x方向传播，若0.1s=(n+)T,可判定波向+x方向传播。学生充分思考并写下自己的答案。学生回答空白部分。学生修正自己答案并交流。先让学生充分思考，激发学生深入思考。简化思考难度，引导学生思考。学以致用，引导学生学会分析问题。课堂总结板书设计第2节波的描述作业设计作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。教学反思与评价“波的干涉”是高中物理教材中学生们感到较难理解的部分，难点在于对波的叠加原理的理解、干涉图样的解释。要突破难点，必须做好实验，“发波水槽实验”现象明显，并运用多媒体课件进行模拟演示可较好地解决这一问题。教学过程中两处应用到多媒体课件。一是用于表现两个单波在相向而行过程中叠加的情况，波的叠加现象在实验中较难演示，“绳波的叠加实验”中几乎看不到现象。本课采用的“发波水槽实验”观察两个波峰的叠加现象较明显，但波峰与波谷、波谷与波谷的叠加情况则无法看到；此外，波的叠加过程非常快，不便对照讲解，也不能定量地看到叠加过程中每一质点的位移与原来两峰引起位移间的关系。要让同学们对波的叠加现象有一个全面的、准确的认识，就需要借助多媒体课件模拟这一叠加过程。本课中另一处借助多媒体表现了动态的干涉图样，当同学们通过“发波水槽实验”观察到水波的干涉现象后，要将这一图样解释清楚，单靠课本上虚、实相交的示意图比较困难。例如，要同学们认识到振动加强（或减弱）带