2024-2025学年高中物理第二章机械波5波的干涉衍射教案2教科版选修3-4

PAGE4-波的干涉、衍射一、设计思想：新课程强调中学物理应促进学生自主学习，而高二学生的学习自觉性增加，二、学情分析：学习本节的是高二的学生，此时的他们从形象思维为主的阅历水平向以抽象思维为主的理论型水平的转变已初步完成，学习方式有所转变，接受学问的实力加强，逻辑思维推理实力已渐渐成熟，但学生缺乏对波的干涉和衍射必要的感性相识，要想学好，须要较高的抽象逻辑思维实力和空间想象实力，这对大部分学生来说具有相当的难度。因此在教学中应充分发挥多媒体协助教学的作用。三、教学目标：1.学问与技能知道波的干涉和产生干涉的条件；知道波的干涉是特别状况下波的叠加；知道波的衍射和明显衍射的条件；知道一切波都能发生衍射；了解生活中波的干涉和衍射的应用。2．过程与方法：通过视察水波干涉的试验，使学生了解如何获得相干波和知道波的干涉现象及干涉条件；通过视察水波衍射现象和视察不同缝宽波的衍射让学生知道波的衍射现象及明显衍射的条件。3.情感看法与价值观：通过提问—猜想—试验—总结来培育同学们科学探究的方法和精神；通过生活中干涉和衍射应用实例的学习来培育同学们把科技应用于社会发展的理念。重点和难点：重点：波的叠加原理和波的干涉现象；难点：波的干涉产生的条件.教学过程(一)进行新课一、波的叠加原理老师：我们来视察水波在水面上传播的状况（播放幻灯片）现象：几列水波相遇时会相互穿过，各自保持原来的波形接着前进，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。视察现象：两列波彼此穿过，接着传播。波形和传播状况跟相遇前一样。［课件演示：绳波在绳上的叠加场景。］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。视察绳波在绳上传播的状况：视察到的现象：相遇时会相互穿过，各自保持原来的波形接着前进。说明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改变，这叫做波的独立传播原理。老师总结：两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参加两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。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。二、波的干涉老师：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，情形是很困难的。我们只探讨一种最简洁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。【课件演示】在发波水槽试验装置中，振动着的金属薄片AB，使两个小S1、S2同步地上下振动，由于小球S1、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，这样的两列波相遇时产生的现象如图所示。从照片中可以清楚地看到，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状况。加强加强加强加强加强加强减弱减弱减弱为什么会产生这种现象呢？我们可以用波的叠加原理来说明。如图所示的是产生上述现象的示意图。S1和S2表示两列波的波源，它们所产生的波分别用两组同心圆表示，实线圆弧表示波峰中心，虚线圆弧表示波谷中心。某一时刻，假如介质中某点正处在这两列波的波峰中心相遇处，则该点(a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心相遇处，该点(a点)的位移就是负向最大值。再经过半个周期，a点又处在两列波的波峰中心相遇处。这样，a点的振幅就等于两列波的振幅之和，所以a点的振动总是最强的。这些振动最强的点都分布在课本图中画出的粗实线上。某一时刻，介质中另一点(b)假如正处在一列波的波峰中心和另一列波的波谷中心相遇处，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心和另一列波的波峰中心相遇处，再经过半个周期，该点又处在一列波的波峰中心和另一列波的波谷中心相遇处。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。假如两列波的振幅相等，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安静的缘由。这些振动最弱的点都分布在课本中画出的粗虚线上。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，视察示意图。］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。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。三、波的衍射［课件演示图片：海面上水波绕过礁石。水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们接着传播，似乎它们并不存在。老师：在水波的传播过程中，遇到小石、芦苇等障碍物时，为会绕过它们接着传播1.波可以绕过障碍物接着传播，这种现象叫做波的衍射。演示：水波穿过大小不同的小孔后往前传播的现象（学生视察总结）通过以上现象可知：当波通过小孔时，也能产生衍射现象，且孔越小，衍射现象越明显。