第四节 波的干涉和衍射 教学设计

第四节波的干涉和衍射教学设计

青铜峡市高级中学李荣英

学生分析

学生已经学过运动和力等矢量的合成分解，以及振动和波的基础知识；学生在平常的学习和生活中已经接触到过少量的、较复杂的、不明显的干涉现象或类似干涉现象。教学目标

1、知识与技能

（1）知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件；

（2）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象、干涉图样和波的干涉条件；

（3）知道波的衍射现象、干涉现象都是波所特有的现象。

2、过程与方法：通过实验，培养学生的鉴别能力、观察能力、分析推理能力

3、情感、态度与价值观：通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的

科学态度；通过全对波的叠加与干涉现象的研究，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯，了解物理知识与现实生活的密切关系。

教学重点：波发生明显衍射现象的条件：波的叠加原理；波的干涉现象和干涉图样中加强点和减弱点的分析；波的干涉条件。

教学难点：波的干涉条件的理解

教学方法：实验演示

教学准备：多媒体课件、发波水槽（电动双振子）、音叉

教学过程：

（一）引入新课

教师：生活中有这样一种现象，一学生在门外喊报告。提问：谁的声音？看到人了吗？为什么能听到声音却看不到人？

学生：思考，回答。

教师：引导说明声波可以绕过障碍物继续传播，而光波为什么不能？通过下面的学习后我们再来解释。今天我们学习12.4波的衍射和干涉。

（二）进行新课

一．波的衍射

教师：刚才我们提到声波绕过障碍物继续传播，生活中微风激起的水波遇到小石芦苇等细小障碍物，会绕过它们继续传播，我们把这种现象叫波的衍射。下面我们观察一个实验。

演示实验:在发波水槽里放两块挡板中间留一个缝观察水波通过狭缝后的情况，改变缝宽再观察。

模拟实验：由于实验现象不明显让我们看模拟实验来分析

教师提问引导学生的观察点：观察下面几个实验，有没有衍射现象发生？学生对比观察思考回答。

实验现象分析：水波经过大孔后，可近似地看作是“直进”的，但边沿是模糊的，不像刀切的那么齐——有衍射现象．正如太阳光从窗户射进来，粗略地看明暗界线是分明的，窗框的影子很整齐；但是仔细去观察影子的边缘时，就会看到模糊的，明暗界线不是像刀切一般地齐．它们的区别是小孔发生了明显衍射。那么发生明显衍射的条件是什么？与什么因素有关？

图片对比分析：哪个图发生了明显的衍射？

实验结论：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。

板书：衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。但要发生明显衍射现象的条件：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

解释生活现象：回到课前问题“闻其声不见其人”，人耳所听声音波长范围：17m-17mm 人眼所能看到的可见光波长的范围：400nm-700nm

二．波的叠加

过渡:以上我们讲的一列波的传播问题，那么如果同时有两列波传播，这些波之间会怎样相互作用、最终将会发生什么现象呢？

配套课件展示：Flash课件“波的叠加”（要求学生注意观察相遇前，相遇时和相遇后波的传播情况。）

学生观察：a、波相遇时的现象；b、波相遇后的现象。

波的叠加：几列波在同一界质相遇，相遇时，重叠部分的界质点参与几列波引起的振动的矢量叠加，相遇过后，各列波保持原有特征不变而继续传播。

学生列举：几列波相遇后特征不变的事例…

答：嘈杂的教室中我们仍然能够辨别某同学的声音。

过渡：如果相向传播的两列波频率相同，则叠加的结果就会出现一种奇特的现象，这就是波的干涉现象。

三．波的干涉

演示实验:发波水槽中一个震动杆带动的两个震源，打出两列振动方向相同、频率相同的水波，观察现象。

模拟实验：实验前说明：两个小球的振动快慢是相同的，即振动频率或周期是相等的，它们在

水面上振动时，会产生振动方向相同、频率相同的两列波。

实验现象：学生可能找不到观察点，教师指引通过提问明确实验现象，并指导学生观察时要整体和局部相结合、静态和动态相结合，要区分暂时现象和稳定的规律，要透过现象看本质。要了解现象发生的条件。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振幅较小区域和激烈振动振幅较大的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。

现象分析：课本图12.4-5所示的是产生上述现象的示意图。S1和S2表示两列波的波源，它们所产生的波分别用两组同心圆表示，实线圆弧表示波峰中央，虚线圆弧表示波谷中央。某一时刻0时刻，如果介质中某点正处在这两列波的波峰中央相遇处[课本图所示中的a点]，则该点(a点)的位移是正向最大值，等于两列波的振幅之和。经过半个周期1s末，两列波各前进了半个波长的距离，a点就处在这两列波的波谷中央相遇处，该点（a点）的位移就是负向最大值。再经过半个周期2s末时刻，a点又处在两列波的波峰中央相遇处。这样，a点的振幅就等于两列波的振幅之和，振幅最大所以a点的振动总是最强的。A点在0-2s时间过程仍在不停的振动着其位移的大小和方向都随时间做周期性的变化，并不是始终处于波峰或波谷，它仍然在平衡位置附近振动，只是由于频率相同振幅最大，等于两列波的振幅之和.所以说振动加强点始终加强。加强是指振幅最大。这些振动最强的点都分布在课本图中画出的粗实线上。某一时刻，介质中另一点如果正处在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇处[课本图中的b点]，该点位移等于两列波的振幅之差。经过半个周期，该点就处在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇处，再经过半个周期，该点又处在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇处。这样，该点振动的振幅就等于两列波的振幅之差，所以该点的振动总是最弱的。如果两列波的振幅相等，这一点的振幅就等于零。这就是为什么在某些区域水面呈现平静的原因。这些振动最弱的点都分布在课本图中画出的粗虚线上。可以看出，振动最强的区域和振动最弱的区域是相互间隔开的实验结论:频率相同的两列波叠加后，某些区域的震动加强，某些区域震动减弱，这些区域是互相间隔的，分布稳定，这种现象叫波的干涉现象。。形成的图样叫做干涉图样。

其中，产生干涉的一个必要条件是，两列波的频率必须相同并且有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各

个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。只有两个频率相同、振动方向相同的波源发出的波，叠加时才会获得稳定的干涉图样，这样的波源叫做相干波源，它们发出的波叫做相干波。

不仅水波，一切波都能发生干涉，干涉现象是一切波都具有的重要特征之一。

波的干涉产生条件：让同学用手动振动头去替代双头振源中的一个，重复前面的实验，讨论产生波的干涉现象需要什么条件。

[小结波的干涉现象] 【板书】1、频率相同的波，叠加时形成某些区域的振动始终加强，另一些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。形成的图样叫做干涉图样。2、干涉现象是一切波都具有的现象。3、产生干涉的必要条件：两列波的频率必须相同。

干涉应用：①无线电波的干涉，使电视信号有的地方较好，有的地方差。②二战时盟军飞机利用波的干涉，飞行在雷达波干涉相消的高度，使德军不能及时发现。

实验：音叉干涉现象

（三）练习巩固

（四）课堂总结、布置作业：课本36页4、5题。

（五）板书设计：

12.4 波的衍射和干涉

一、波的衍射

1.衍射：绕过

2.明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸比波长更小或相差不多

二、波的叠加

独立传播位移矢量和

三、波的干涉：

1.定义：

2.条件：频率相同相位差保持不变