高中物理选修3-4教学设计3：12.4 波的衍射和干涉教案

4 波的干涉和衍射

【教学目标】

一、知识与技能：

1、知道波的干涉和衍射现象

2、理解波的独立传播原理和叠加原理

3、理解波产生稳定干涉现象的条件

4、理解波产生明显衍射现象的条件

二、过程和方法：

通过对频率相同的两列波的相遇现象的观察，以及对频率不同的两列波的相遇现象的观察，并且对比，知道如何从现象中归纳波产生稳定干涉现象的条件。

通过观察在波源前放置不同大小的，不同形状的障碍物所产生的现象，并作对比，知道如何从现象中归纳产生明显衍射现象的条件。

三、情感、态度与价值观：

让学生观察实验现象，并从中归纳出结论的过程，激发学生关心周围事物的兴趣。

【学情分析】

这部分知识对学生来讲属于全新的，但由于新课标对这部分知识的要求只是定性的学习，所以如果老师能够做好演示实验，那么学生接受这部分知识并不困难。学生在我们的生活中已经观察过干涉和衍射现象，很有必要引导学生去发现和再认识已经观察过的有关现象，这对培养学生学习物理的兴趣也很有意义。

【教学思路】

以实验演示为突破口，引导学生认识新物理现象，归纳干涉、衍射的规律；然后依据波的叠加原理对所发生的现象作出解释；对易混淆的概念，通过对比分析予以澄清。

【教学重点、难点】

重点：波的叠加、波的干涉、衍射及发生波的干涉、衍射的条件。

难点：波的独立传播原理和波的叠加原理、对干涉后加强与减弱的正确理解。

【教学方法、学习方法】

1教法：实验观察法、点拨式讲授。2学法：观察、思考、归纳总结。

【教学流程】

【教学过程及知识要点】

（一）波的叠加原理

1. 观察分析实验现象及生活现象：绳上波的叠加、水波叠加

2. 归纳总结规律：

几列波在介质中相遇时能保持各自的特性（频率、波长、振动方向等）继续传播互不

影响。这就是波的独立传播原理。

在相遇区域里，任一质点的位移是各列波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和。

这就是波的叠加原理。

（二）研究波的干涉

1. 实验观察：

注意观察频率相同的两列波的叠加情况，注意老师是引导提示，概括现象结论。

2. 分析论证：

利用叠加原理分析同频率的两列波的叠加结果

若两列波的波峰同时到达某一点，这时该质点的向上的位移最大，由于两列波的周期相同，那么过半个周期后两列波的波谷又会同时到达该点，这时该质点向下的位移也最大。即该质点的振幅等于两列波振幅之和，也即振动最强。

若一列波的波峰与另一列波的波谷同时到达某一点，这时该质点的的位移等于两列波的振幅之差，即该质点的振幅等于两列波振幅之差，也即振动最弱。

振动最弱的含义是介质中各个质点比较，该质点的振幅最小，并非其位移始终最小。假设两列波的振幅不等，实际上两列波的波峰与波谷在该点相遇的时刻，

该质点的位移恰好是

．．．该质点振动过程中的最大值。当然如果两列波的振幅相等，那么两列波的波峰与波谷在该点相遇，该点的振幅将为零，即不振动。

另一方面，由于两列波的周期相同，我们可以推知：振动加强的点振动总是加强的，振动减弱的点振动总是减弱的。即：在振动减弱的点，永远不会出现波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇的情况，在振动加强的点，永远不会出现波峰与波谷相遇的情况。既不是振动加强也不是振动减弱的点，其振幅将介于振幅之差与振幅之和之间。

3. 同频率的两列波的叠加规律的归纳总结：

其实线表示波峰、虚线表示波谷，这张图反映的某一个时刻波峰与波谷的分布情况。可以看出振动加强的点与振动减弱的点的分布有明显的规律：同频率、振动方向相同的两列波的叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域（放射状的实线上）与振动减弱的区域（放射状的虚线上）相互间隔，始终稳定。这种现象叫波的干涉。能够产生干涉的波源叫做相干波源，介质中干涉所形成的图样叫做干涉图样。

4．.结论归纳

提问：要产生干涉现象，两个波源应该满足什么条件？

从上面的学习中可以知道两个波源应该满足：

两个波源振动频率相同、两个波源振动方位相同、两个波源振动步调有固定的关系（即固定的相位差）。

我们称这些条件为两列波的相干条件，当然满足相干条件的两个波源一定是相干波源了。

（三）研究波的衍射

1. 实验观察：

观察分析实验现象及生活现象：水波的衍射、声波的衍射

2. 什么是衍射现象：

波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做衍射。

3. 实验探究：

什么情况下衍射现象比较明显？什么情况下衍射现象不明显?

实验条件控制：

①保持波长不变，改变宽窄缝的度

实验结论：当缝的宽度比波长小，或者与波长差不多时可以发生明显的衍射。 ②保持缝宽不变，改变水波的波长，可以得到一致的结论：

当缝的宽度比波长小，或者与波长差不多时可以发生明显的衍射。

4．结论归纳

发生明显衍射的条件：当缝、孔或障碍物的尺寸比波长小或者与波长差不多时，波遇到障碍物后可以发生明显的衍射现象。

【课堂练习】

1．如图是某时刻t 两列波的叠加图，S 1、S 2是相干波源，它们的振动情况完全相同，发出两列完全相同的水波，波峰、波谷分别用实线、虚线表示，下列说法正确的是（）

A ．

B 质点始终位于波谷处，D 质点始终位于波峰处

B ．经过半个周期，B 质点变为波峰，D 质点变为波谷

C ．只有

D 质点振动始终加强

D ．C 、

E 两质点振动始终减弱

——★ 参 考 答 案 ★——：BD

2．如图所示,广场上有一个半径为45m 的圆,AB 是直径,在圆心O 点和A 点处分别安装两个有相同声源的扬声器,它们发出的声波波长是10m.有一人站在B 处几乎听不到声音,他沿着圆周逆时针向A 走,在走到A 之前,他还有几次几乎听不到声音?

——★ 参 考 答 案 ★——：8次

【课堂小结】 1、 干涉、衍射是波特有的现象，不光机械波能够发生，一切波都可以发生

干涉和衍射

2、 发生干涉现象的条件是：频率相同的两列波的波源振动方向相同，而且· · C B D E · · · · S 1 S 2

有固定的中的步调关系（即固定的相差）。

3、发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者与波长

差不多。