2022年高中物理《波的干涉》教案2 新人教版選修3-4

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1、2022年高中物理波的干涉教案2 新人教版選修3-4教學(xué)目的1知道波的疊加原理知道波的干涉現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象2理解穩(wěn)定干涉圖樣的形成所需要的條件；理解干涉圖樣中加強(qiáng)點(diǎn)、減弱點(diǎn)的振動(dòng)情況教具長(zhǎng)繩、發(fā)波水槽(電動(dòng)雙振子)、幻燈機(jī)、投影儀、波的干涉示意圖(著色掛圖)教學(xué)教程引入新課在介質(zhì)中常常有幾列波同時(shí)傳播，例如把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水里，就有兩列波在水面上傳播兩列波相遇時(shí)，會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，都能改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？進(jìn)行新課【板書】 第六節(jié) 波的干涉一、波的疊加【演示】在一根水平長(zhǎng)繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下，就分別有兩個(gè)凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播(參見課本圖1

2、028)我們可以看到，兩列波相遇后，彼此穿過，繼續(xù)傳播，波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣，也就是說，相遇后，它們都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，彼此都沒有受到影響仔細(xì)觀察兩列相遇的水波，也可以看到兩列水波相遇后，彼此穿過，仍然保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播，就像沒有跟另一列水波相遇一樣由演示實(shí)驗(yàn)可以看出，波在疊加時(shí)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：【板書】 1位移特點(diǎn)當(dāng)兩個(gè)波源產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都要同時(shí)參與兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，在任一時(shí)刻，第一列波使某個(gè)質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是x1，第二列波同時(shí)使質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是x2，則質(zhì)點(diǎn)a的位移就是這兩列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和如果位移x1，x2的方向相同，

3、則質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)位移的大小就是x1與x2的大小之和，即xx1x2，方向與x1、x2 的相同如圖1018所示如果位移x1，x2方向相反，則質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)位移的大小就是x1與x2的大小之差，即x|x1x2|，而方向與較大的位移的方向相同如圖1019所示 【板書】 2波的獨(dú)立性特點(diǎn)n列波在同一介質(zhì)中傳播，在介質(zhì)中某一點(diǎn)(或某一區(qū)域)相遇時(shí)，每一列波都能夠保持各自的狀態(tài)繼續(xù)沿著原來的方向向前傳播，彼此之間互不影響，好像沒有遇到另一列波一樣，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)仍然是在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和【板書】

4、3疊加原理幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和【提問】?jī)闪邢嗤牟ㄏ嘤鰰r(shí)，在它們重疊的區(qū)域里會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？我們先觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象，然后加以解釋【板書】 二、波的干涉【演示】把兩根金屬絲固定在同一個(gè)振動(dòng)片上，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根金屬絲周期性地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源這兩個(gè)波源的振動(dòng)頻率和振動(dòng)步調(diào)相同，它們發(fā)出的波是頻率相同的波這兩列波相遇后，在它們重疊的區(qū)域會(huì)形成課本圖1029所示的圖樣：在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對(duì)平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這

5、兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開怎樣解釋上面觀察到的現(xiàn)象呢？課本圖1030所示，用兩組同心圓表示從波源發(fā)出的兩列波的波面，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷，實(shí)線與虛線間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)線與實(shí)線、虛線與虛線之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)由實(shí)驗(yàn)分析可知，波干涉有如下特點(diǎn)：【板書】 4波的干涉特點(diǎn)當(dāng)兩列頻率相同的波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)所不同的是，由于各質(zhì)點(diǎn)離兩個(gè)波源S1，S2距離各不相同，所以各質(zhì)點(diǎn)的振幅不同，其中最大振幅是AmaxA1A2；最小振幅是Amin|A1A2|；其余各振幅介于Amax與Amin之間，在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域里，兩列波分別引起的質(zhì)點(diǎn)的位移總是同方向，所

6、以合位移大小是兩位移大小之和，即xx1x2，因此質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是加強(qiáng)在振動(dòng)減弱區(qū)域里，兩列波分別引起質(zhì)點(diǎn)的位移總是方向相反，所以合位移是兩位移大小之差，即x|x1x2|，因此質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)減弱了加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域有規(guī)律地相互離開，且加強(qiáng)、減弱區(qū)域是穩(wěn)定的，不隨時(shí)間而改變【板書】 5產(chǎn)生干涉的條件任何情況下兩列波相遇都會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣則需要一定的條件，就是兩列波必須頻率相同當(dāng)兩列波的頻率不同而疊加時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移隨時(shí)間t不同，于是出現(xiàn)最大振幅質(zhì)點(diǎn)就不固定，因此就沒有穩(wěn)定的干涉圖樣當(dāng)兩列波的頻率相同時(shí)，兩列波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，所不同的是各個(gè)質(zhì)點(diǎn)與

7、兩波源S1、S2的距離各不相同，所以各質(zhì)點(diǎn)的振幅不同，其中振幅最大是AmaxA1A2，振幅最小的是 Amin|A1A2|，其余的介于 Amax與 Amin之間，因此可以形成穩(wěn)定的干涉圖樣【板書】 6產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同不僅水波、聲波，一切波都可發(fā)生干涉現(xiàn)象【板書】 7波的干涉與衍射一樣，也是波特有的現(xiàn)象【例】?jī)闪蓄l率、起振方向均相同的波S1和S2，在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，某時(shí)刻t形成如圖1020所示的干涉圖樣，圖中兩波源S1、S2同時(shí)為波谷，(實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷)，在圖中標(biāo)有A、B、C三個(gè)位置點(diǎn)，則振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是( )，振動(dòng)減弱的點(diǎn)是( )分析與解：從圖中可以知道，A點(diǎn)距波

8、源S1、S2的距離均為1.5，即x11.5，x21.5，故A到S1、S2的距離差xx1x20，是兩個(gè)波峰相遇，所以A為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)B點(diǎn)距S1距離x1，距S2距離x22，故B到S1、S2的距離差xx2x1，是波谷與波谷相遇，所以B為振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)通過分析我們可得知，振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)離兩波源的距離差滿足： xn，(n0，1，2，3) C點(diǎn)距S1距離x12，距離x21.5，故C到兩波源S1、S2的距離差為xx1x20.5，是波峰與波谷相遇，所以C點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)，同樣可看出，振動(dòng)減弱點(diǎn)離兩波源的距離滿足： x(2n1)/2，(其中 n 1，2，3)鞏固練習(xí)(1)插在水中的細(xì)棒對(duì)水波的傳播沒有影響，這是波的( )現(xiàn)

9、象；在墻外聽到墻內(nèi)人講話，這是波的( )現(xiàn)象；一個(gè)人在兩個(gè)由同一聲源帶動(dòng)的揚(yáng)聲器之間走動(dòng)時(shí)，聽到的聲音時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，這是波的( )現(xiàn)象(2)以下關(guān)于波的衍射的說法，正確的是： A波遇到障礙物時(shí)，一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B當(dāng)障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)，衍射現(xiàn)象很明顯C當(dāng)孔的大小比波長(zhǎng)小時(shí)，衍射現(xiàn)象很明顯D只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)差不多時(shí)，才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象(3)當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí)，如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇(如圖1021所示)下列說法正確的是： A質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的B質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大C質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大D質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零作業(yè)(1)復(fù)習(xí)本節(jié)課文(2)教材練習(xí)四 第(1)、(2)、(3

10、)題參考題(1)如圖1021所示S1和S2是振動(dòng)頻率相同振幅為A的兩個(gè)波源發(fā)生波的干涉的情況，實(shí)線表示波峰，虛線表示波谷在圖中A、B、C三點(diǎn)中振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是( )，此時(shí)A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)的位移分別是( )(取向上為正、向下為負(fù))(2)在上圖中再經(jīng)過 T/2(T為波的周期)A、 B、 C三點(diǎn)的位移變?yōu)? )(3)在水平方向上有兩個(gè)振源S1，S2分別產(chǎn)生半個(gè)周期的波形1，波形2，且波長(zhǎng)相等，兩波傳播方向如圖1022所示，在傳播過程中，可能出現(xiàn)的波形情況有( )(4)在水平方向上有兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的振源S1、S2，S1、S2相距7m，振動(dòng)所形成的波的波長(zhǎng)為1m，則S1、S2的連線上有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的

11、點(diǎn)？ A只有中點(diǎn)B6個(gè)點(diǎn)C13個(gè)點(diǎn)D無數(shù)個(gè)點(diǎn)(5)兩列波在某區(qū)域相遇，下列說法正確的是： A兩波相遇時(shí)能保持各自狀態(tài)互不干擾B兩波相遇時(shí)引起質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和C任何兩列波疊加后都能使某些區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些區(qū)域振動(dòng)始終減弱，得到穩(wěn)定的干涉圖樣D頻率相同的兩列波相干涉時(shí)，加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域交替變換(6)兩個(gè)頻率、振幅相同的波在介質(zhì)中傳播發(fā)生干涉得到穩(wěn)定的干涉圖樣，則下列敘述正確的是： A振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的位移總是處于最大值B振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的位移可能為零C振動(dòng)減弱的點(diǎn)再經(jīng)過T/2振動(dòng)變?yōu)榧訌?qiáng)D振動(dòng)減弱的點(diǎn)的位移總是零說明1在加強(qiáng)區(qū)域里的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移雖然是兩位移的矢量和，但并不是該位移總是最大值，其位移也有為零的時(shí)刻如果兩干涉波的振幅均為A，則加強(qiáng)區(qū)域質(zhì)點(diǎn)的位移大小就在02A之間變化在減弱區(qū)域里的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移是兩位移的差，因此當(dāng)兩列干涉波的振幅均為A，則減弱區(qū)域里的質(zhì)點(diǎn)的位移就總為零，即x|x1x2|0這就是相對(duì)平靜區(qū)域產(chǎn)生的原因2產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件一般都說是兩列波的頻率相等即可，但實(shí)際上，要得到穩(wěn)定的干涉條紋不僅要求兩列波的頻率相等，還要求兩列波的步調(diào)要一致3干涉不僅是水波、聲波等可以發(fā)生，而是所有波都可以發(fā)生干涉現(xiàn)象，它同波的衍射一樣，是波特有的現(xiàn)象