2024-2025學(xué)年高中物理第十二章機(jī)械波4波的衍射和干涉教案2新人教版選修3-4

PAGE1-波的干涉一、教材分析本節(jié)課是中學(xué)物理其次冊(cè)第十章第六節(jié)的內(nèi)容,波的干涉和波的衍射是波動(dòng)所特有的現(xiàn)象.對(duì)于干涉和衍射現(xiàn)象的學(xué)習(xí)能加深對(duì)波動(dòng)本質(zhì)的相識(shí).對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)也為后面光的本性的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).所以這節(jié)課有承上啟下的作用.另外在近幾年高考的試題中關(guān)于波的干涉這個(gè)學(xué)問(wèn)點(diǎn)常常出現(xiàn).因此我認(rèn)為本課在教學(xué)占有很重要的地位.二、教材學(xué)問(wèn)結(jié)構(gòu)本教材對(duì)波的干涉的探討分三個(gè)層次進(jìn)行綻開(kāi)教學(xué)(一)通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題及試驗(yàn)現(xiàn)象的視察定性說(shuō)明白波的獨(dú)立傳播特性.(二)運(yùn)用矢量疊加原理分析兩列波疊加的情形,得出疊加原理.(三)視察波的干涉試驗(yàn)運(yùn)用波的獨(dú)立傳播特性和波的疊加原理分析干涉現(xiàn)象,得出兩列波發(fā)生干涉條件和干涉圖樣的特點(diǎn)第(一)(二)兩個(gè)層次的內(nèi)容是學(xué)習(xí)第三個(gè)層次內(nèi)容的協(xié)助學(xué)問(wèn),不是教學(xué)的重點(diǎn),第三個(gè)層次的學(xué)問(wèn)是本節(jié)課學(xué)習(xí)的重點(diǎn).因?yàn)椴ǖ母缮鎴D樣是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定,穩(wěn)中有動(dòng)的現(xiàn)象,這對(duì)學(xué)生的思維實(shí)力及空間想象實(shí)力要求較高，因而是教學(xué)的重點(diǎn)二、設(shè)計(jì)思想“波的干涉”一節(jié)是高一物理教材中學(xué)生們感到較難理解的部分，難點(diǎn)在于對(duì)波的疊加原理的理解、干涉圖樣的說(shuō)明。要突破難點(diǎn)，必需做好試驗(yàn)，“發(fā)波水槽試驗(yàn)”顯現(xiàn)明顯，并運(yùn)用多媒體課件進(jìn)行模擬演示可較好地解決這一問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程中兩處應(yīng)用到多媒體課件。一是用于表現(xiàn)兩個(gè)單波在相向而行過(guò)程中疊加的狀況，波的疊加現(xiàn)象在試驗(yàn)中較難演示，“繩波的疊加試驗(yàn)”中幾乎看不到現(xiàn)象。本課采納的“發(fā)波水槽試驗(yàn)”視察兩個(gè)波峰的疊加現(xiàn)象較明顯，但波峰與波谷、波谷與波谷的疊加狀況則無(wú)法看到；此外，波的疊加過(guò)程特別快，不便比照講解，也不能定量地看到疊加過(guò)程中每一質(zhì)點(diǎn)的位移與原來(lái)兩峰引起位移間的關(guān)系。要讓同學(xué)們對(duì)波的疊加現(xiàn)象有一個(gè)全面的、精確的相識(shí)，就須要借助多媒體課件模擬這一疊加過(guò)程。本課中另一處借助多媒體表現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的干涉圖樣，當(dāng)同學(xué)們通過(guò)“發(fā)波水槽試驗(yàn)”視察到水波的干涉現(xiàn)象后，要將這一圖樣說(shuō)明清晰，單靠課本上虛、實(shí)相交的示意圖比較困難。例如，要同學(xué)們相識(shí)到振動(dòng)加強(qiáng)（或減弱）帶上的質(zhì)點(diǎn)隨著波的推動(dòng)始終振動(dòng)加強(qiáng)（或減弱），靜態(tài)的示意圖就很難表現(xiàn)，但在多媒體動(dòng)態(tài)圖樣上，就可在振動(dòng)加強(qiáng)（或減弱）帶上任選一個(gè)質(zhì)點(diǎn)讓同學(xué)們視察隨著波的推動(dòng)這一點(diǎn)始終是振動(dòng)加強(qiáng)（或減弱）的。多媒體的采納可使同學(xué)們更加直觀、形象地理解波的干涉圖樣。物理學(xué)是一門試驗(yàn)的科學(xué)，物理學(xué)問(wèn)來(lái)源于生活實(shí)踐，應(yīng)用于生活實(shí)踐，因此教學(xué)中應(yīng)著重于如何設(shè)計(jì)好試驗(yàn)，并采納各種手段使試驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯、易于講解，其中多媒體模擬課件就是一個(gè)特別有效的協(xié)助手段。在本課的設(shè)計(jì)中基本上是以演示試驗(yàn)和學(xué)生試驗(yàn)為基礎(chǔ)，再加上多媒體課件，二者有機(jī)地結(jié)合在一起，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相輔相成、缺一不行。三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)（1）學(xué)問(wèn)目標(biāo)：知道波的獨(dú)立傳播特性和波的疊加原理；知道波的干涉現(xiàn)象及產(chǎn)生干涉的條件；理解干涉現(xiàn)象的形成原理；知道干涉是一切波的特性。（2）實(shí)力目標(biāo)：培育學(xué)生視察，比較，歸納及空間想象實(shí)力。（3）情感目標(biāo)：培育學(xué)生主動(dòng)參加，相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神及探究物理現(xiàn)象的愛(ài)好。四、教學(xué)程序設(shè)計(jì)1．新課引入，激發(fā)學(xué)習(xí)愛(ài)好向同學(xué)們展示我國(guó)古代的獨(dú)創(chuàng)之一——魚洗盆噴水的現(xiàn)象，并請(qǐng)大家說(shuō)說(shuō)魚洗盆的設(shè)計(jì)可能包含哪些原理。一方面可激發(fā)大家劇烈的學(xué)習(xí)愛(ài)好，另外讓大家對(duì)我國(guó)古代人民在振動(dòng)與波方面的造詣?dòng)兴私?，激起民族驕傲感?．波的疊加原理兩個(gè)相同運(yùn)動(dòng)的球，相遇后結(jié)果如何？（分別彈回）兩個(gè)波相遇后結(jié)果又如何呢？［演示試驗(yàn)］發(fā)波水槽，先請(qǐng)同學(xué)留意視察兩個(gè)水波相遇時(shí)波峰的改變狀況（產(chǎn)生了一個(gè)更大的波峰），再請(qǐng)同學(xué)留意視察兩波相遇后的狀況（兩波保持原來(lái)狀態(tài)各自接著向前傳播，就像未曾相遇過(guò)一樣）。這一演示試驗(yàn)真實(shí)、直觀、現(xiàn)象明顯，可以讓同學(xué)對(duì)兩峰疊加時(shí)波峰明顯增大留下深刻印象。但水波的疊加過(guò)程特別快，不便比照講解，也不能定量地看到疊加過(guò)程中每一質(zhì)點(diǎn)的位移與原來(lái)兩峰引起位移間的關(guān)系，這就須要借助多媒體課件模擬這一疊加過(guò)程。[多媒體演示]a．暫停在波峰與波峰相遇的某一時(shí)刻，指出疊加后每一質(zhì)點(diǎn)的位移為原來(lái)兩波引起位移的矢量和。b．引導(dǎo)學(xué)生自己分析波峰與波谷、波谷與波谷相疊加的狀況；并用多媒體課件演示這兩個(gè)過(guò)程。真實(shí)的試驗(yàn)中波谷是很難視察到的，這里多媒體課件填補(bǔ)了這一缺憾。[小結(jié)波的疊加原理，定義振動(dòng)加強(qiáng)與振動(dòng)減弱]這一過(guò)程幫助學(xué)生將感性的現(xiàn)象定格為物理規(guī)律。[分析兩列頻率、振幅相同波的疊加]a.設(shè)問(wèn)：假使有兩列振動(dòng)頻率相同、振幅相同的波連綿不斷的相向傳播，疊加的狀況怎樣呢？黑板上所畫的兩列相向而行的波恰好處于完全疊加的狀態(tài)，請(qǐng)大家依據(jù)上面所學(xué)的疊加原理畫一下疊加后的波形．隨著兩列波接著推動(dòng)，疊加狀況如何呢？這一階段讓學(xué)生探討，一方面可使同學(xué)學(xué)會(huì)應(yīng)用波的疊加原理去畫疊加后的波形圖，另一方面為后面的分析打下基礎(chǔ)。b.分析相向而行的頻率和振幅相同的兩列波一個(gè)周期內(nèi)疊加狀況（圖1），提出振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)、振動(dòng)減弱點(diǎn)，并指出它們是相互間隔的。這一過(guò)程中，要留意與學(xué)生的互動(dòng)性，多采納啟發(fā)式語(yǔ)言，引導(dǎo)同學(xué)利用波的疊加原理、聯(lián)系有關(guān)舊學(xué)問(wèn)，弄清兩列波在相向傳播的過(guò)程中加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況有何異同。圖13．波的干涉現(xiàn)象[學(xué)生試驗(yàn)]利用發(fā)波水槽的雙頭振源，由于兩根振針固定在同一振片上，因此振動(dòng)起來(lái)頻率相同，放在水波盤中，接通電源后能產(chǎn)生明顯的干涉圖樣。這一試驗(yàn)操作簡(jiǎn)潔，現(xiàn)象穩(wěn)定。同學(xué)通過(guò)自己操作，細(xì)心視察、比較接通電源前后水面的現(xiàn)象的改變，描述視察到的現(xiàn)象，可培育學(xué)生的視察力、表述力；試驗(yàn)中也培育了學(xué)生相互協(xié)作的習(xí)慣。[描述現(xiàn)象]幫助學(xué)生抓住干涉圖樣的主要特征：圖樣穩(wěn)定，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域交替出現(xiàn)。[說(shuō)明現(xiàn)象］啟發(fā)學(xué)生用我們所學(xué)的波的疊加原理來(lái)說(shuō)明水波的干涉圖樣，供應(yīng)應(yīng)每組同學(xué)一張印有兩個(gè)實(shí)線與虛線相間同心圓的明膠片（圖2），用來(lái)表示兩列水波某一時(shí)刻的疊加圖樣。請(qǐng)他們分別用紅筆和黑筆描出其中的振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和振動(dòng)減弱點(diǎn)，并探討這些點(diǎn)的分布有什么規(guī)律可循；引導(dǎo)同學(xué)畫出振動(dòng)加強(qiáng)帶和振動(dòng)減弱帶，指出它們是相互間隔的，與視察到的水波干涉圖樣相一樣。圖2[多媒體演示]從多媒體模擬課件上同學(xué)們可以看到動(dòng)態(tài)的圖樣，相識(shí)到振動(dòng)加強(qiáng)帶上的質(zhì)點(diǎn)，隨著波的推動(dòng)始終是振動(dòng)加強(qiáng)的，振動(dòng)減弱帶上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，始終是振動(dòng)減弱的；從而對(duì)波的干涉的理解更加完整。[探討波的干涉產(chǎn)生條件]讓同學(xué)用手動(dòng)振動(dòng)頭去替代雙頭振源中的一個(gè)，重復(fù)前面的試驗(yàn)，探討產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象須要什么條件。[小結(jié)波的干涉現(xiàn)象]4．小練習(xí)通過(guò)練習(xí)進(jìn)一步鞏固波的干涉圖樣的學(xué)問(wèn)，剛好反饋學(xué)生駕馭狀況。5.干涉是一切波的特性之一[演示聲波的干涉現(xiàn)象]將音叉固定，旁邊裝一個(gè)可繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的話筒，敲擊音叉，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)話筒，可聽(tīng)到聲音有明顯的強(qiáng)弱改變?？梢?jiàn)聲波也有干涉現(xiàn)象，干涉是一切波的特性之一。6．有關(guān)魚洗的介紹再回到噴水魚洗，除了前面同學(xué)們提到的學(xué)問(wèn)，這里面還有波的疊加和干涉。給學(xué)生供應(yīng)一些有關(guān)資料可供他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探究。7．課堂總結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了波的疊加和波的干涉。兩列波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參加兩列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。頻率相同的波，疊加時(shí)形成某些區(qū)域的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動(dòng)始終減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的特有現(xiàn)象。五、教學(xué)流程圖六、板書設(shè)計(jì)（一）波的疊加原理1.波的獨(dú)立傳播特性2.波的疊加原理（二）波的干涉1.波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)、某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。2.波的干涉圖樣在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫做干涉圖樣。3.產(chǎn)生波的干涉的條件兩列波的頻率相同。一切波都能發(fā)生干涉，干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。七、教學(xué)反思1．波的干涉實(shí)質(zhì)上是波的一種特別的疊加現(xiàn)象，所以理解波的疊加現(xiàn)象是相識(shí)波的干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)．這里關(guān)鍵是理解兩列波相遇而發(fā)生疊加時(shí)，對(duì)某一質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它每一時(shí)刻振動(dòng)的總位移，都等于該時(shí)刻兩列波在該質(zhì)點(diǎn)引起的位移的矢量和．2．在學(xué)生理解波的疊加的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步說(shuō)明在特別狀況下，即當(dāng)兩列波的頻率相同時(shí)，疊加的結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的特別圖樣（即“干涉圖樣”）──某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些點(diǎn)兩列波引起的振動(dòng)始終減弱，并且加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)相互間隔．這就是干涉現(xiàn)象．對(duì)于干涉現(xiàn)象的理解，須要肯定的空間想象力，有的學(xué)生一下子不簡(jiǎn)潔理解，應(yīng)適當(dāng)賜予指引．有條件的，還可借助多種教學(xué)手段（如多張圖片，多媒體演示等），盡可能形象、直觀地幫助學(xué)生理解和想象．3．與對(duì)衍射現(xiàn)象的要求相同，中學(xué)階段對(duì)干涉現(xiàn)象也不從理論上進(jìn)行探討．教學(xué)中要留意駕馭教學(xué)要求，避開(kāi)