优品课件之研究声波的干涉

1、优品课件研究声波的干涉研究性学习相对通常的课堂教学而言， 有独到的优势，它非常有利于 培养学生的实践能力和创新能力。如何指导学生开展研究性学习活动， 这是一个全新的课题，也是当前教改的热点，笔者也进行了一些尝试， 现举一个教学中的例子，希望能起到抛砖引玉的作用。一、课题的提出讲授了声波的知识后，陈明、密媛姗、何磊三位同学提出了一个很有 意义的问题：陈明：老师，波的两个基本特征是干涉和衍射现象。水波的干涉和衍 射现象体现了波的这两个特征，而作为机械波的声波也应该具有这两 个特点，声波的衍射现象非常明显，而声波的干涉现象却比较难以观 察到。我们能否用实验的方法研究一下声波的干涉现象？如果能用实 验

2、的方法观察到声波的干涉现象， 那一定非常有趣和有意义！我们想 做一下这方面的工作。陈君达老师（以下简称陈老师）：课本没有安排这方面的实验，可能 是因为演示这个实验有难度。你们想做这个实验，想法非常好，我们 全力支持！你们需要什么器材，实验室全部提供。同时为了加强研究 力量，我们组成一个课题小组。【教学实践活动是学生获得课题的源泉，教师在教学过程中，只要做 有心人，根据学生提出的问题，适时加以引导，是诱发学生进行研究 性学习的重要手段。】二、课题小组成员学校：浙江省镇海炼化中学；学生：高一（1）班陈明、密媛姗、何 磊；指导教师：物理教师陈君达，实验教师于龙夫。【成立课题小组一方面有利于培养学生团

3、队精神，另一方面也是为了 更好发挥学生的创造性，一个好的团队往往就是一个非常好的创造集 体。】三、探索过程1. 第一套方案陈老师：设计实验首先应有一个大致方案或要点，然后逐步实施，你 们准备怎么着手？【教师有意识引导学生进一步明确实验目的、原理和实施方案。】 何磊：这个问题我们三人已经讨论过了，做这个实验关键有两点：一 是要找到相干波源；二是要找到显示干涉的方法，因为声波是直接看 不到的。为此我们有个初步方案：如图1和图2所示，实验装置由发 声系统和探测系统两部分组成。发声系统由一个带正弦波功率输出的 低频信号发生器，两个间距可调的同型号小扬声器 （阻抗为8欧的玩 具小喇叭），探测系统由动圈话

4、筒和一台多功能录音机组成。我们的 设想是这样的：低频信号发生器推动两个扬声器发出两列相干声波， 在空间形成稳定的声波干涉现象，这时用移动话筒去探测，在录音机 上应该能听到强弱变化明显、有序的声音。（次日） 陈老师：你们试了吗？密媛姗：试过了，从录音机上听到的声音强弱变化不明显，也就是观 察不到明显的干涉现象！【这个实验结果在教师的意料之中，让学生亲手做一下印象更深刻， 教学中有时失败比成功更能获得良好的效果！】陈老师：你们分析过原因了吗？何磊：我们认真分析过了，实验原理粗看起来十分完美，其实有重大 漏洞：原来是录音机发出的声波与扬声器上发出的声波相互干扰，影响了正常干涉的观察。我们真是太粗心了

5、！ 陈老师：那么这个问题你们是怎么解决的呢？陈明：关键是要消除录音机上发出的声音的干扰， 但要是录音机不发 出声音的话，我们同时也就观察（听）不到声波的干涉现象了，正当 我们陷入困境时，实验室于老师为我们出了个主意：“示波器是用来 观察波形的常用设备，你们就用它来试一试吧！”在他的启发下，我 们又设计出了另一种实验方案。【学生进行研究性学习，源于书本而高于书本，有时给予适当的帮助 是必须的，但是有限度的，点到为止是一个原则。】2. 第二套方案陈明：如图3,我们把原来的探测系统改成话筒和音频放大器及示波 器组成。话筒将探测到的干涉信号通过音频放大器放大后再用示波器 显示。陈老师：具体试过了吗？密

6、媛姗：我们在实验室里反复试验过，但不很理想，话筒在空间不同 位置探测时，发现话筒放在有些区域时观察到的现象与理论符合得很 好，在振动加强区，观察到的波形的波幅较大，振动减弱区，观察到 的波形的波幅较小；在有些区域波形波幅的变化比较无序， 通过反复 仔细的研究，我们发现话筒处在桌子附近或者在柜子、墙壁附近时， 波形的波幅变化特别无序（常会出现一些新的波峰）。【透过现象看到本质，在这种手脑并用、观察与思考同步进行的活动 过程中，学生学习的智商得到有效开发，情商不断得到升华，这种教 学效果在课堂中往往是无法得到的。】 陈老师：你们考虑过这是什么原因吗？密媛姗：我们分析过了，其原因主要是，周围表面比较

7、光滑的物体对 声波的反射比较强，对扬声器发出的声波具有很强的干扰作用， 影响 了对正常干涉现象的观察。陈老师：那么这个问题你们怎么解决呢？何磊：这个问题我们也深入讨论过了，做好这个实验的关键是要控制 反射波，但要消除反射波是不可能的，因此我们遇到了很大的困难。陈老师：要控制反射波，并不是要消灭反射波，只要把反射波的影响 控制在很小的范围之内，不影响观察效果就可以了。再努力一下，希 望就在眼前！【关键时推学生一把!】3. 第三套方案（几天后）何磊：老师我们成功了！陈老师：别急，慢慢说！何磊：起先我们是这样考虑的，为了减小反射波.是否可用棉布把桌 面或墙面遮挡起来，或者把实验装置放入类似蚊帐之类的

8、空间内做实 验，但由于一时材料准备有困难，没有马上实施，后来我们在上体育 课时，突然想到，操场不就是一个最佳的天然实验环境吗！于是一个 新方案产生了。新方案的实验器材与第二套方案完全相同， 仅是改变 一下实验场所：我们把实验器材放到操场草坪的中央做实验， 因为操 场很空旷，周围建筑物对波的反射的影响比较小， 同时草坪对反射波 有良好吸收作用，这样反射声波的影响就可忽略，也就能顺利观察到 清晰的声波的干涉现象。【一个头脑有准备的人随时能产生创造的火花！ 教育的最大成功不在 于教给学生多少知识，而是要让学生成为一个头脑时刻有准备的人！】 陈老师：你们讲解一下实验过程好吗？何磊：我们已经认真试验过了

9、。如图 4,把两个小型扬声器S1和S2 相距68厘米放置，用频率为f = 1000Hz的低频信号发生器推动它发 出声波（波长为34厘米，这时扬声器之间的距离为 2入），这时我们 用探测系统反复探测，测出S1和S2之间共有五处振动加强区（如图 4中实线所示，其中两处在 S1和S2附近没有画出），四处振动减弱 区（如图4中虚线所示）。保持S1和S2间距不变，改用f = 1500K的 声波做实验（这时S1和S2之间距离为3入），如图5,我们探测到了 七个振动加强区和六个振动减弱区。 改变S1和S2的距离及声波的波 长，同样得到了类似的结果。实验现象非常清晰和稳定，实验结果与 理论分析得出的结论完全一

10、致！陈老师：你们做得很漂亮，祝贺你们取得成功！四、汇报总结陈老师：通过这次研究活动，你们有什么感想？陈明：有点成功的感觉。何磊：做实验太有趣了！比做题有意思。密媛姗：使我学会了思考，学会发现问题和解决问题，您常讲的实验 的精髓在于控制，现在我有点体会了！【这次研究性学习活动，学生很有“物理味道”地围绕“控制”展开 探索研究，并初步领会实验的精髓在于控制，这是非常难得的。 】 陈老师：你们真棒！下面有两个任务，一是以小论文的形式把这次活 动的体会小结一下；二是明天你们向全班同学汇报演示一下你们的成 果。【以小论文形式总结，利于培养学生语言表达能力，总结成功经验， 为下一次活动打下基础；汇报演示，可以起到示范和达到共鸣的效果， 利于全体学生开展研究性学习活动，同时也是对学生的最好的鼓励。】 次日课外活动时间，三同学在操场上向全班同学演示了他们的成果。 先是由密媛姗介绍实