3.4波的干涉（教學(xué)設(shè)計）高二物理（人教版2019選擇性）

3.2波的描述教學(xué)設(shè)計備課人學(xué)科物理課題3.2波的描述教學(xué)內(nèi)容分析干涉是波特有的現(xiàn)象，也是學(xué)生今后學(xué)習(xí)光的干涉的基礎(chǔ)。但是，學(xué)生對與干涉相關(guān)的現(xiàn)象缺乏觀察。教材以生活中常見的水面漣漪作情境，促使學(xué)生思考：“復(fù)雜而美麗的圖案是怎么產(chǎn)生的？”引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)的視角觀察自然現(xiàn)象，產(chǎn)生對自然界的好奇心。兩列波相遇，首先應(yīng)弄清單列波引起的某質(zhì)點振動情況以及波的傳播情況，其次是兩列波在疊加區(qū)域各質(zhì)點的振動情況，就某一時刻來說，應(yīng)該確定疊加區(qū)域各質(zhì)點的位移大小，在此基礎(chǔ)上才能對兩列波疊加過程中的振動加強與減弱形成認(rèn)識，并將其應(yīng)用到滿足相干條件下的干涉現(xiàn)象的研究中，以幫助學(xué)生加深對“波是振動形式的傳播”的認(rèn)識。高中階段對干涉現(xiàn)象不要從理論上進行討論，應(yīng)從實驗的角度加強感知，教學(xué)中要注意把握教學(xué)要求，避免增加難度。學(xué)情分析波的干涉是波的一種特有現(xiàn)象，對這方面知識的理解也有利于今后其他物理相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和掌握。教材上，把這一節(jié)學(xué)習(xí)放在波的形成與傳播知識在學(xué)生的頭腦中確立之后進行，學(xué)生就有了對波的干涉等這些現(xiàn)象進行分析的知識基礎(chǔ)和方法基礎(chǔ)。作為高二理科的學(xué)生，對自然現(xiàn)象好奇心強，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過運動和力等矢量的合成分解，以及振動和波的基礎(chǔ)知識，為認(rèn)識波疊加原理有了一定的基礎(chǔ)。學(xué)生能夠進行簡單的圖像分析。教學(xué)目標(biāo)1.了解波的疊加原理，了解波的疊加過程中質(zhì)點的合位移。2.從振動角度認(rèn)識振動加強區(qū)域和減弱區(qū)域。3.通過實驗，認(rèn)識波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。4.知道干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，了解波發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件。教學(xué)重難點1.教學(xué)重點：知道波的疊加原理，了解波的干涉條件及干涉現(xiàn)象，并學(xué)會利用干涉定律解釋生活中的的相關(guān)現(xiàn)象。2.教學(xué)難點：波的疊加現(xiàn)象，波的干涉規(guī)律。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖新課導(dǎo)入播放視頻：在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復(fù)雜而美麗的圖案。這種圖案是怎樣產(chǎn)生的？在介質(zhì)中常常有幾列波同時傳播。兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變各自的運動特征呢？演示實驗：觀察波的疊加現(xiàn)象在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，在繩上分別產(chǎn)生相向傳播的兩列波（圖甲）。觀察兩列波的傳播情況。你能大致畫出該過程的波形圖嗎？開始相遇相遇中開始分離分離后兩列波相遇后，有什么規(guī)律？學(xué)生觀看視頻，并嘗試思考回答問題和其他同學(xué)交流。學(xué)生稍作思考，在學(xué)案上留下答案。激發(fā)學(xué)生思考問題。新課教學(xué)一、波的疊加（一）波的疊加請結(jié)合上述實驗，總結(jié)兩列波相遇后，有什么規(guī)律？1.波傳播的獨立性：幾列波相遇之后，仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進，好像沒有遇到過其他波一樣互不干擾。2.波的疊加原理：當(dāng)幾列波在傳播過程中相遇時，相遇區(qū)域每一點的振動等于各列波單獨傳播時在該點引起的振動的矢量和。請總結(jié)波的加強點和減弱點的規(guī)律？有些點兩列波振動情況完全相同，稱為加強點有些點兩列波振動情況完全相反，稱為減弱點如果兩列波振幅相同，則加強點振幅為2A，做大幅度振動，但并不表示始終處于位移最大處；減弱點始終靜止不動的，位移為0（二）生活中波的獨立傳播和疊加波的疊加和獨立性規(guī)律在日常生活中有哪些應(yīng)用？1.開會時，大家討論的面紅耳赤，會議室內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個人的說話聲音。2.紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…)3.空中無線電波很多(仍能分別接收各個電臺)學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)合課文閱讀總結(jié)兩列波相遇以后的規(guī)律。學(xué)生回答加強點和減弱點的規(guī)律。學(xué)生回答問題并與其他同學(xué)交流。鍛煉學(xué)生實驗歸納能力和課文閱讀歸納能力。學(xué)生歸納家加強點和減弱點的規(guī)律。學(xué)會用所學(xué)知識分析生活問題二、波的干涉兩列頻率相同的波相遇時，在它們重疊的區(qū)域會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？我們先觀察下面的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：兩列頻率相同的水波相遇后，在它們重疊的區(qū)域里出現(xiàn)了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。如何解釋實驗現(xiàn)象？（二）實驗解釋加強的解釋：如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質(zhì)點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質(zhì)點的振動最激烈。減弱的解釋：如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。（三）光的干涉振動加強區(qū)的質(zhì)點振動的振幅為多大？振動減弱區(qū)的質(zhì)點振動的振幅為多大？振動減弱區(qū)：振動的振幅等于兩列波振幅之差。振動減弱區(qū)：振動的振幅等于兩列波振幅之差。加強區(qū)和減弱區(qū)的質(zhì)點偏離平衡位置的位移始終不變嗎？加強區(qū)和減弱區(qū)的質(zhì)點偏離平衡位置的位移不是始終不變。而是振動加強區(qū)域的質(zhì)點，其位移始終保持最大。振動減弱區(qū)域的質(zhì)點，其位移始終保持最小。若兩列波的振幅相等，減弱區(qū)的質(zhì)點是否還會離開平衡位置？振動減弱點的振動始終是減弱的；它并不總是處于平衡位置，它也在平衡位置附近振動.只有當(dāng)兩個波源的振幅相等時，才位于平衡位置.若兩列波的的頻率和相位差不相同，你認(rèn)為在相互疊加時，能否出現(xiàn)穩(wěn)定的相間的加強和減弱區(qū)呢？如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質(zhì)點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區(qū)域。如何才能形成像上述實驗現(xiàn)象一樣的穩(wěn)定的加強和減弱的穩(wěn)定圖樣呢？(1)兩波源的頻率相同。(2)振動方向相同。(3)相位差恒定。（四）波的干涉規(guī)律1.S1和S2兩波源到加強點M到距離只差與波長有什么關(guān)系？若兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同，加強點與兩個波源的距離差：△S=S1S2=2n?λ/2(n=0，±1，±2，±3……）2.S1和S2兩波源到其他加強點到距離只差與波長有什么關(guān)系？你從中可以發(fā)現(xiàn)什么樣的規(guī)律？若兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同，減弱點與兩個波源的距離差：△S=S1S2=（2n+1）?λ/2(n=0，±1，±2，±3……）振動加強點和減弱點滿足的條件：若兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相同(1)加強點與兩個波源的距離差：（n=0，±1，±2，±3……）加強點與兩個波源的距離差是半波偶數(shù)的整數(shù)倍減弱點與兩個波源的距離差：（n=0，±1，±2，±3……）減弱點與兩個波源的距離差是半波奇數(shù)的整數(shù)倍若兩個波源的振動頻率和振動步調(diào)相反減弱點與兩個波源的距離差：（n=0，±1，±2，±3……）減弱點與兩個波源的距離差是半波偶數(shù)的整數(shù)倍(2)加強點與兩個波源的距離差：（n=0，±1，±2，±3……）加強點與兩個波源的距離差是半波奇數(shù)的整數(shù)倍學(xué)生觀察視頻并記錄實驗現(xiàn)象。學(xué)生解釋實驗現(xiàn)象并與其他同學(xué)交流。學(xué)生逐一回答問題。學(xué)生歸納問題，總結(jié)波的干涉和疊加規(guī)律。培養(yǎng)學(xué)生觀察實驗?zāi)芰?。不是老師包講而是學(xué)生現(xiàn)總結(jié)培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力。避免知識一下子出來而不符合學(xué)生理解。加強學(xué)生對知識的歸納能力。三、波的多解性思考與討論思考與討論：圖中實線為t＝0時刻的波形圖，虛線為t＝0.1s時刻的波形圖。據(jù)此能否判定波的傳播方向？在學(xué)生思考基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學(xué)生總結(jié)：（二）波的多解問題1．造成波動問題多解的主要因素(1)周期性①時間周期性：相隔周期整數(shù)倍時間的兩個時刻的波形圖完全相同，時間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確造成多解．②空間周期性：沿傳播的方向上，相隔波長的整數(shù)倍距離的兩質(zhì)點的振動情況完全相同，質(zhì)點間距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確造成多解．(2)雙向性對給定的波形圖，波的傳播方向不同，質(zhì)點的振動方向也不同，反之亦然。①傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定．②振動方向雙向性：質(zhì)點振動方向不確定．2．波動問題的幾種可能性(1)質(zhì)點達到最大位移處，則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。(2)質(zhì)點由平衡位置開始振動，則有起振方向向上、向下(或向左、向右)的兩種可能。(3)只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿x軸正方向和x軸負(fù)方向兩個方向傳播的可能。(4)只給出兩時刻的波形，則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能等。3．解決波的多解問題的方法(1)解決周期性多解問題時，一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx，若此關(guān)系為時間，則t＝nT＋Δt(n＝0，1，2，…)；若此關(guān)系為距離，則x＝nλ＋Δx(n＝0，1，2，…)。(2)解決雙向性多解問題時,養(yǎng)成全面思考的習(xí)慣，熟知波有向正、負(fù)(或左、右)兩方向傳播的可能，質(zhì)點有向上、下(或左、右)兩方向振動的可能?，F(xiàn)在你可以回答思考與討論了嗎？提示：只知道兩個時刻的波形,不能判斷波的傳播方向。圖示波形中,若0.1s=(n+)T,可判定波向x方向傳播，若0.1s=(n+)T,可判定波向+x方向傳播。學(xué)生充分思考并寫下自己的答案。學(xué)生回答空白部分。學(xué)生修正自己答案并交流。先讓學(xué)生充分思考，激發(fā)學(xué)生深入思考。簡化思考難度，引導(dǎo)學(xué)生思考。學(xué)以致用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析問題。課堂總結(jié)板書設(shè)計第2節(jié)波的描述作業(yè)設(shè)計作業(yè)分為兩塊，一是課堂練習(xí)，旨在對本堂課學(xué)習(xí)中動量的概念和實驗思路進行檢測，一是分層練習(xí)，分層次的訓(xùn)練學(xué)生對知識的掌握情況。教學(xué)反思與評價“波的干涉”是高中物理教材中學(xué)生們感到較難理解的部分，難點在于對波的疊加原理的理解、干涉圖樣的解釋。要突破難點，必須做好實驗，“發(fā)波水槽實驗”現(xiàn)象明顯，并運用多媒體課件進行模擬演示可較好地解決這一問題。教學(xué)過程中兩處應(yīng)用到多媒體課件。一是用于表現(xiàn)兩個單波在相向而行過程中疊加的情況，波的疊加現(xiàn)象在實驗中較難演示，“繩波的疊加實驗”中幾乎看不到現(xiàn)象。本課采用的“發(fā)波水槽實驗”觀察兩個波峰的疊加現(xiàn)象較明顯，但波峰與波谷、波谷與波谷的疊加情況則無法看到；此外，波的疊加過程非?？?，不便對照講解，也不能定量地看到疊加過程中每一質(zhì)點的位移與原來兩峰引起位移間的關(guān)系。要讓同學(xué)們對波的疊加現(xiàn)象有一個全面的、準(zhǔn)確的認(rèn)識，就需要借助多媒體課件模擬這一疊加過程。本課中另一處借助多媒體表現(xiàn)了動態(tài)的干涉圖樣，當(dāng)同學(xué)們通過“發(fā)波水槽實驗”觀察到水波的干涉現(xiàn)象后，要將這一圖樣解釋清楚，單靠課本上虛、實相交的示意圖比較困難。例如，要同學(xué)們認(rèn)識到振動加強（或減弱）帶