第五节 波的衍射和干涉现象.doc

理 科 教 案 总第 页课题四、波的衍射和干涉现象课型新课授课时间 月 日(星期 ) 第 1 课时(共 1 课时) 教学目标一、知识目标：1、知道波的衍射现象波的叠加原理2、知道波发生衍射的条件知道什么是波的干涉现象和干涉图样3、知道衍射和干涉现象是波特有的现象二、能力目标：培养学生从实验现象总结规律的能力提高分析和综合观察实验现象三、情感目标：通过学习衍射现象，使学生养成仔细观察物理现象并从中发现规律的习惯通过波干涉图样的观察，提高学生在学习中体会物理知识之美教学重点衍射现象及发生明显衍射现象的条件波的叠加原理和波的干涉主要教法演示实验法，推理法、讲授法教学难点对产生明显衍射现象的条件的理解及对干涉现象的解释学习指导分析和综合观察实验现象总结规律教具计算机多媒体课件板书设计四、波的衍射和干涉现象（一）波的衍射1定义 2一切波都能发生衍射 3衍射是波特有的现象（二）发生明显衍射现象的条件（三）波的叠加叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和（四）波的干涉 1定义2干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样3波的干涉的解释4产生干涉的条件：两列波的频率必须相同5一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉也是波特有的现象 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教 师 活 动学生活动在日常生活中，我们能听到障碍物后方发出的声音，像这种波绕过障碍物或孔（缝）传播的现象是波所特有的一种现象（一）波的衍射【演示】多媒体播放：在水波槽里放一个小挡板，让波源发出的圆形波遇到小挡板 现象：水波绕过小挡板继续传播1波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射2一切波都能发生衍射3衍射是波特有的现象（二）发生明显衍射现象的条件【演示】多媒体播放：在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播？（1）保持水波的波长不变，改变窄缝的宽度（缝由窄到宽改变），观察波的传播情况有什么变化？ 观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象，水波绕到挡板后面继续传播在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了“阴影区”（2）保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长（由小到大）， 可以看到：在缝宽不变的情况下，波长越长，衍射现象越明显1演示结论：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象解释隔墙有耳这一成语观察观察现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象，水波绕到挡板后面继续传播得出结论窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显； 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教 师 活 动学生活动2发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象【注意】一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到【例1】在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz，水波在水槽中传播速度为0.05ms，为使实验效果更明显，使用小孔直径d应为_m解析由发生明显衍射现象的条件知，当 时满足要求由 知 因为 所以 在介质中常有几列波同时传播例：振动的音叉的两个叉股产生的声波同时在空气中传播把两块石子投入池塘的不同地方就有两列水波在水面上传播等等两列波相遇会发生什么现象是本节我们所关注的问题（三）波的叠加【演示】多媒体播放：在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，就分别有两个凸起状态1和2在绳上相向传播我们可以看到，两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形都跟相遇前一样，也就是说，相遇后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象练习学生观察 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教 师 活 动学生活动1波在叠加时的特点。（1）各列波独立传播几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇到另一列波一样。（2），在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所产生的振动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和位移是两列波分别产生的位移的矢量和当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两个分运动，在任一时刻，第一列波使某个质点a振动所产生的位移是 ，第二列波同时使质点a振动所产生的位移是 ，则质点a的位移就是这两列被分别产生的位移的矢量和2叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和叠加原理是我们分析几列波在相遇区域所发生现象的理论依据（四）波的干涉【演示】多媒体播放：把两根金属丝固定在同一个振动片上，当振动片振动时，两根金属丝周期性地触动水面，形成两个波源这两个波源的振动频率和振动步调相同，它们发出的波是频率相同的波几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响。重叠的区域里质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和学生观察 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教 师 活 动学生活动这两列波相遇后，在振动着的水面上，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1波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉2干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样3波的干涉的解释【演示】课件：利用波的叠加原理对干涉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相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；波谷和波谷相遇时，质点的位移也是最大，也等于两列波的振幅之和因此在这一点，两列波引起的振动始终是加强的，质点的振动最激烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和如果在某一时刻，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，水面保持平静把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区振动加强区和振动减弱区是相互隔开的【注意】（1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱观察得到：这两列波相遇后，在振动着的水面上，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，而且相互隔开观察以及看书上的图波峰和波峰相遇经过半个周期波谷和波谷相遇振动始终是加强的波峰和波谷相遇，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 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教 师 活 动学生活动（2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的4产生干涉的条件：（1）两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件（2）产生干涉的条件：两列波的频率必须相同5一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉也是波特有的现象例1为什么频率不同的两列波相遇，不形成稳定的干涉图样？【解析】频率不同的两列波相遇，叠加区各点的合振动的振幅，有时是两个振动的振幅之和，有时是两个振动的振幅之差，没有振动总是得到加强或总是减弱的区域，这样的两列波不能产生稳定的干涉现象，不能形成稳定干涉图样而波的干涉是频率相同的两列波叠加，是波叠加中的一个特例，即产生稳定的干涉图样 例2两列简谐波频率相等，波速大小相等，分别沿 和 传播，则图中x1、2、3、4、5、6、7、8各点中振幅最大的是x_的点，振幅最小的是x_的点解析两波频率相等叠加发生干涉，2、6两点振动总相反，此为峰谷相遇，振动减弱，振幅最小质点4此时位于平衡位置，但两列波在该点引起的振动均沿y轴正向，则此时质点4向y轴正向振动，T/4后两对波在该处均形成波峰，据幅为两波振幅之和，是加强区，据幅最大，同理质点8此时沿y轴负向振动，T/4为两列波的谷，谷相遇处，也是加强区，则振幅最大的质点为4和8叠加时不仅是位移为分位移的矢量和，速度也思考解答思考解答 总第 页教学过程教 学 内 容 及 教