波的干涉

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高二 來源: 高中學習網(wǎng)



第六節(jié) 波的干涉
本節(jié)教材分析:
波的干涉是波的一種特殊的疊加現(xiàn)象,所以對波的疊加現(xiàn)象的理解是認識波的干涉現(xiàn)象的基礎.教材首先講了波的疊加現(xiàn)象,即兩列波相遇而發(fā)生疊加時,對某一質(zhì)點而言,它每一時刻振動的總位移,都等于該時刻兩列波在該質(zhì)點引起的位移的矢量和.
在學生理解波的疊加的基礎上,再進一步說明在特殊情況下,即當兩列波的頻率相同時,疊加的結果就會出現(xiàn)穩(wěn)定的特殊圖樣,即某些點兩列波引起的振動始終加強,某些點兩列波引起的振動始終減弱,并且加強點與減弱點相互間隔,這就是干涉現(xiàn)象.
由于對干涉現(xiàn)象的理解,需要一定的空間想象力圖,可借助圖片、計算機模擬,盡可能使學生形象、直觀地理解干涉現(xiàn)象.
教學目標:
1.知道波的疊加原理.
2.知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣.
3.知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象.
教學重點:波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象.
教學難點:波的干涉中加強點和減弱點的位移和振幅的區(qū)別.
教學方法:實驗法、電教法、訓練法.
教學用具:實物投影儀、CAI、波的干涉實驗儀.
教學過程
一、引入
1.什么叫波的衍射?
2.產(chǎn)生明顯的衍射的條是什么?
學生答:波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫做波的衍射.
只有縫、孔的寬度和障礙物的尺寸跟波長相差不多,或者比波長更小時,才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象.
教師:波的衍射研究的是一個波發(fā)出波的情況,那么兩列或兩列以上的波在同一介質(zhì)中傳播,又會發(fā)生什么情況呢?
二、新教學
(一)波的疊加原理
[設問]把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水中,就有兩列波在水面上傳播,兩列波相遇時,會不會像兩個小球相碰時那樣,都改變原的運動狀態(tài)呢?
[演示]取一根長繩,兩位同學在這根水平長繩的兩端分別向上抖動一下,學生觀察現(xiàn)象.
[學生敘述現(xiàn)象]
現(xiàn)象一:抖動一下后,看到有兩個凸起狀態(tài)在繩上相向傳播.
現(xiàn)象二:兩列波相遇后,彼此穿過,繼續(xù)傳播,波的形狀和傳播的情形跟相遇前一樣.
[教師]兩列波相遇后,每列波都像相遇前一樣,保持各自原的波形,繼續(xù)向前傳播,這是波的獨立傳播特性.
[多媒體模擬繩波相遇前和相遇后的波形]

[教師]剛才,通過實驗,我們知道了兩列波在相遇前后,它們都保持各自的運動狀態(tài),彼此都沒有受到影響,那么在兩列波相遇的區(qū)域里情況又如何呢?
[多媒體模擬繩波相遇區(qū)的情況]

[教師]在兩列波重疊的區(qū)域里,任何一個質(zhì)點同時參與兩個振動,其振動位移等于這兩列波分別引起的位移的矢量和.當兩列波在同一直線上振動時,這兩種位移的矢量和簡化為代數(shù)和,這叫做波的疊加原理.
[強化訓練]兩列振動方向相同和振動方向相反的波疊加,振幅如何變化?振動加強還是減弱?
學生討論后得到:兩列振動方向相同的波疊加,振動加強,振幅增大;兩列振動方向相反的波疊加,振動減弱,振幅減小.
(二)波的干涉
[實物投影演示]把兩根金屬絲固定在同一個振動片上,當振動片振動時,兩根金屬絲周期性地觸動水面,形成兩個波,觀察在兩列波相遇重疊的區(qū)域里出現(xiàn)的現(xiàn)象.
[教師說明]由于這兩列波是由同一個振動片引起的,所以這兩個波的振動頻率和振動步調(diào)相同.
[學生敘述現(xiàn)象]在振動的水面上,出現(xiàn)了一條條從兩個波中間伸展出的相對平靜的區(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.
兩列頻率相同的水波相遇,會出現(xiàn)振動加強和振動減弱相互間隔的現(xiàn)象,形成穩(wěn)定的干涉圖樣。
干涉;頻率相同的兩列波疊加,使某些區(qū)域的振動加強、某些區(qū)域的振動減弱,并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔,這種現(xiàn)象叫波的干涉。
在干涉現(xiàn)象中形成的圖樣叫干涉圖樣。由于兩列波的頻率相同,振動加強處總是加強,振動減弱處總是減弱,所以出現(xiàn)了穩(wěn)定的干涉圖樣。
[用多媒體展示本水波的干涉圖樣及波的干涉的示意圖]
[教師]為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
結合本圖10-30進行分析:?
對于圖中的a點:?
設波S1、S2在質(zhì)點a引起的振幅分別為A1和A2,以圖中a點波峰與波峰相遇時刻計時,波S1、S2分別引起a質(zhì)點的振動圖象如圖甲、乙所示,當兩列波重疊后,質(zhì)點a同時參與兩個振動,合振動圖象如圖丙所示:

從圖中可看出:對于a點,在t=0時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,也就是說:在a點,兩列波引起的振幅都等于兩列波的振幅之和,即a點始終是振動加強點.
說明的幾個問題:
1.從波S1、S2發(fā)出的兩列波傳到振動加強的點a振動步調(diào)是一致的,引起質(zhì)點a的振動方向是一致的,振幅為A1+A2.
2.振動加強的質(zhì)點a并不是始終處于波峰或波谷,它仍然在平衡位置附近振動,只是振幅最大,等于兩列波的振幅之和.
3.振動加強的條:波峰與波峰或波谷與波谷相遇點是振動加強點。加強點與兩個波的距離差:△r=r2-r1=kλ (k=0,±1,±2,±3……)
那么,振動減弱的點又是如何形成的呢?
以波S1、S2分別將波峰、波谷傳給減弱點b時刻開始計時,波S1、S2分別引起質(zhì)點b振動的圖象如圖甲、乙所示,當兩列波重疊后,質(zhì)點a同時參與兩個振動,合振動圖象如圖丙所示:
在b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合振動始終是減弱的,質(zhì)點振動的振幅等于兩列波的振幅之差.?
說明的幾個問題:?
1.從波S1、S2發(fā)出的兩列波傳到b點時引b的振動方向相反,振幅為A1-A2.
2.振動減弱的質(zhì)點b并不是一定不振動,只是振幅最小,等于兩列波的振幅之差.
3.振動減弱的條:波峰與波谷相遇點是振動加強點。減弱點與兩個波的距離差:△r=r2-r1=(2k+1)λ/2 (k=0,±1,±2,±3……)
[強化訓練]
1.從一條弦線的兩端,各發(fā)生一如圖甲所示的橫脈沖,它們均沿弦線傳播,速度相等,傳播方向相反,在它們傳播的過程中,可能出現(xiàn)的脈沖波形是圖乙中的(ABD)

2.如上圖中s1和s2是兩個相干波,以s1和s2為圓心的兩組同心圓弧分別表示在同一時刻兩列波的波峰和波谷,實線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c三點中,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 ,再過 周期,振動加強的點是 ,振動減弱的點是 .
(三)產(chǎn)生波的干涉的條
[對比投影演示實驗]
實驗一:在投影儀上放一個發(fā)波水槽,用同一振動片帶動兩個振針振動,觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象.
實驗二:在投影儀上放一個發(fā)波水槽,用二個振針分別激起兩列水波,觀察發(fā)生的現(xiàn)象.?
[學生敘述現(xiàn)象]
現(xiàn)象一:看到了穩(wěn)定的干涉圖樣(實驗一)
現(xiàn)象二:實驗二中,得到的干涉圖樣是不穩(wěn)定的.
產(chǎn)生干涉的條:兩列波的頻率相同。
說明:
1.干涉現(xiàn)象中那些總是振動加強的點或振動減弱的點是建立在兩個波產(chǎn)生的頻率相同的前提條下.
2.如果兩列頻率不同的波相疊加,得到的圖樣是不穩(wěn)定的;而波的干涉是指波疊加中的一個特例,即產(chǎn)生穩(wěn)定的疊加圖樣.
3.聲波的干涉.
4.一切波都能發(fā)生干涉,干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。
[強化訓練]
關于兩列波的穩(wěn)定干涉現(xiàn)象,下列說法正確的是(BD)
A.任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象
B.發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的兩列波,它們的頻率一定相同
C.在振動減弱的區(qū)域,各質(zhì)點都處于波谷
D.在振動加強的區(qū)域,有時質(zhì)點的位移等于零
兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象是有條的,不是任意兩列波都能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的,兩列波疊加產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的一個必要條是兩列波的頻率相同,所以選項A是錯誤的而選項B是正確的;在振動減弱的區(qū)域里,只是兩列波引起質(zhì)點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,也不可能各質(zhì)點都處于波谷,所以選項C是錯誤的.在振動加強的區(qū)域里,兩列波引起質(zhì)點的振動始終是加強的,質(zhì)點振動的最激烈,振動的振幅等于兩列波的振幅之和,但這些點始終是振動著的,因而有時質(zhì)點的位移等于零,所以選項D是正確的.所以本題應選B、D.
強調(diào):不論是振動加強點還是振動減弱點,位移仍隨時間做周期性變化.
三、小結
1.什么是波的獨立性?什么是波的疊加原理?
2.什么是波的干涉?產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條是什么?
四、板書設計

五、1.本P18?第3題?2.本 P18的做一做:觀察聲音的干涉現(xiàn)象.?





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