5. 波的干涉、衍射ppt课件课堂实录

波的衍射

自贡市第一中学校

陈谋德

【教学目标】

（一）知识目标

1.知道什么是波的衍射现象.

2.知道波发生衍射的条件.

3.知道衍射是波特有的现象.

（二）能力目标

提高学生从实验现象总结规律的能力.

（三）德育目标

通过对衍射现象的学习，使学生学会从现象中发现规律的方法.

【教学重点】

1.波的衍射现象.

2.波能够产生明显衍射的条件.

【教学难点】产生明显衍射条件的教学.

【教学方法】实验归纳法、电教法、讲练法

【教学用具】水波槽、两块挡板、两块有小孔的木板、实物投影仪、水波的衍射照片.

【教学过程】

一、引入

［放录像］

在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播，好像它们并不存在.

［教师］

在水波的传播过程中，遇到小石、芦苇等障碍物时，为什么会绕过它们继续传播呢？

本节课我们来学习这种现象.

板书：波的衍射

二、新课教学

(一)波的衍射

［演示实验］

在实物投影仪上放一个发波水槽

1.使振动片开始振动，观察产生的水波.

2.在波源的前方放一个障碍物(例如一块木板)，观察发生的现象.

3.在波源的前方放一个小的障碍物(如一段细铁丝)，观察水波在传播过程中发生的现象.

［学生操作］

教师演示结束后，学生每两人一组，做上述实验.

［学生描述看到的现象］

现象一：当振动片振动时，看到有一列圆形水波形成，向远处传播.

现象二：如果在波源的前方放一块较大的木板时，在靠近障碍物后面没有波，也就是留下了“影子”，只有在离障碍物较远处，波才稍微绕到影子区域里.

现象三：当用细铁丝替换木板后，发现波绕过障碍物继续前进，不会产生“影子”区域. 教师总结并板书：

1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射.

2.衍射有的时候不明显(例如刚才的现象二)，有的时候很明显(例如刚才的现象三).

［演示实验］

1.在投影仪上放一个发波水槽.

2.让振动片振动，观察水面形成的波.

3.在水槽内放两块挡板，当中留一窄缝，观察水波通过窄缝后怎样传播.

4.改变挡板间窄缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化？

［学生描述看到的现象］

现象一：让振动片振动后，看到有一列圆形水波形成.

现象二：当木板间的缝较宽时，水波经过孔后在连接波源和孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，在较远处，波才稍微绕到影子区域里.

现象三：当两板间的缝较小时看到在孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波.

［教师总结］

通过以上现象可知：当波通过小孔时，也能产生衍射现象，且孔越小，衍射现象越明显.

板书：

波的传播过程中，波偏离直线传播的方向而绕到障碍物或小孔的“阴影”区的现象，叫做波的衍射.

(二)产生波的衍射的条件

学生总结得到

产生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多.

教师做进一步讲解说明：

1.衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象.

2.衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异.

3.障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件.

4.一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象.

5.波传到小孔(或障碍物时)，小孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象.

6.当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到.

(三)强化训练

1.下列关于波的衍射的说法正确的是

A.衍射是一切机械波的特有的现象

B.对同一列波，缝、宽或孔、障碍物越小衍射现象越明显.

C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象

D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大

2.在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为

A.10 cm

B.5 m

C.d＞1 cm

D.d＜1 cm

参考答案

1.答：BD

不只机械波(包括横波和纵波)能发生衍射现象，其他类的波也能发生衍射现象，衍射是一切波特有的现象，所以选项A、C是错误的.

发生明显的衍射是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的.

声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由

于声波波长较长，声波容易发生衍射现象，所以选项D是正确的.

2.答：D

在水槽中激发的水波波长为

v0.05m=0.01 m=1 cm

f5要求在小孔后产生显著的衍射现象，应取小孔的尺寸小于波长.

［出示课堂讨论题］

将一只小瓶立于水槽中，在槽中激发水波若想在瓶子后面看到水波绕进的衍射现象，激发水波的振子振动频率大些好还是小些好？为什么？

［学生讨论后回答］

当障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多时，能发生明显衍射现象，由于瓶子的直径已确定，故水波的波长越长越好，所以，激发水波的振子振动频率越小越好，f越小，水波的λ越大，λ就更接近瓶子的直径.

三、小结

用投影片出示下列小结思考题

1.什么是波的衍射？

2.产生明显衍射的条件是什么？

3.插在水中的细棒对水波的传播没有影响，这是波的______现象.

学生解答，对本节进行小结.

2018.8

5 波的干涉

【教学目标】

（一）知识与技能

1、知道波的叠加原理．

2、知道什么是波的干涉现象和干涉图样．

3、知道干涉现象也是波所特有的现象．

（二）过程与方法

理解波的干涉是波特有的现象。

（三）情感、态度与价值观

了解波的干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的紧密联系。

【教学重点】波的干涉现象及其产生条件。

【教学难点】波的叠加原理。

【教学方法】实验演示和多媒体辅助教学。

【教学用具】长绳、发波水槽（电动双振子）、音叉、计算机、投影仪、大屏幕、CAI课件

【教学过程】

（一）引入新课

教师：前面研究的波的衍射现象，是从波源发出的一列波的传播特性。在实际情况中，常可看到几列波同时在介质中传播。那么，两列或几列波在介质中相遇时，将会发生什么现象呢？

（二）进行新课

1．波的叠加

教师：我们有这样的生活经验：将两块石子投到水面上的两个不同地方，会激起两列圆形水波。它们相遇时会互相穿过，各自保持圆形波继续前进，与一列水波单独传播时的情形完全一样，这两列水波互不干扰。

观察其他波动现象，同样可以发现在同一介质中传播的几列波相遇时，每一列波都能保持自身的频率、波长、振动方向和传播方向不发生变化，这叫做波的独立传播原理。

两个或几个运动着的物体相遇时，发生碰撞，结果它们原来的运动状态一定会发生改变。只有波相遇时会互相穿过，相遇后跟没有遇到其他波一样，能保持本身特性继续传播。

两列波相遇时是怎样互相穿过的呢？我们可以仔细观察下述实验。

【演示】在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，分别产生两个凸起状态1和2在绳上相向传播。

观察现象：两列波彼此穿过，继续传播。波形和传播情况跟相遇前一样。

［课件演示：波的干涉，演示波的叠加场景。］

对现象的解释：在介质中选一点P为研究对象，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波峰，则引起P点向上振动；同时，波源2的振动也传播到了P点，若恰好也是波峰，则也会引起P点向上振动；这时，P点的振动就是两个向上的振动的叠加，P点的振动被加强了。（当然，在某一时刻，当波源1的振动传播到P点时，若恰好是波谷，则引起P点向下振动；同时，波源2的振动传播到了P点时，若恰好也是波谷，则也会引起P点向下振动；这时，P点的振动就是两个向下的振动的叠加，P点的振动还是被加强了。）用以上的分析，说明什么是振动被加强。

波源1经过半周期后，传播到P点的振动变为波谷，就会使P点的振动向下，但此时波源2传过来的振动不一定是波谷（因为两波源的周期可能不同），所以，此时P点的振动可能被减弱，也可能是被加强的。（让学生来说明原因）

提问：如果希望P点的振动总能被加强，应有什么条件? 提问：如果在介质中有另一质点Q，希望Q点的振动总能被减弱，应有什么条件? 学生思考并回答：波源1和波源2的周期应相同。

教师总结：两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。

结论：在两列波重叠的区域里，任一时刻某一质点的位移，等于这两列波单独传播到该点时引起的位移的矢量和，这叫做波的叠加原理。这一原理对于一切波都是适用的。

2．波的干涉

教师：一般地说，振动频率、振动方向都不相同的几列波在介质中叠加时，情形是很复杂的。我们只讨论一种最简单的但却是最重要的情形，就是两个振动方向、振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。

【演示】在发波水槽实验装置中，振动着的金属薄片AB，使两个小球S1、S2同步地上

下振动，由于小球S1、S2与槽中的水面保持接触，构成两个波源，水面就产生两列振动方向相同、频率也相同的波，这样的两列波相遇时产生的现象如课本图12.6－2所示。课本图12.6－2所示是从发波水槽上方拍摄的照片，从照片中可以清晰地看到，在振动着的水面上，出现了振动加强和振动减弱区域相互间隔分布的情况。

［课件演示：水波的干涉，观察实物图和立体图。］

为什么会产生这种现象呢？我们可以用波的叠加原理来解释。

课本图12.6－3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，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12.6－3所示中的M点），则该点（M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，两列波各前进了半个波长的距离，M点就处在这两列波的波谷中央相遇处，该点（M点）的位移就是负向最大值。再经过半个周期，M点又处在两列波的波峰中央相遇处。这样，M点的振幅就等于两列波的振幅之和，所以M点的振动总是最强的。这些振动最强的点都分布在课本图12.6－3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12.6－3中的N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12.6－3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。

［课件演示：水波的干涉，观察示意图。］

总结：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。

只有两个频率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。

【演示】敲击音叉使其发声，然后转动音叉。引导学生观察现象。

现象：可以听到声音忽强忽弱。

解释：这是声波的干涉现象。音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱的现象。

［巩固练习］

1．甲、乙两同学分别用竹竿击打湖面，湖面上就产生两列水波，那么，在两列水波相遇处，会获得稳定的干涉图样吗？为什么？

2．如图所示，相干波源S1、S2发出的两列波，在介质中相遇叠加，实线表示这两列波的波峰中央，虚线表示这两列波的波谷中央。问图中A、B、C、P四个质点，哪些点振动最强？哪些点振动最弱？

（三）课堂总结、点评

本节课我们学习了波的叠加和波的干涉。

两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。

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。

一切波都能发生干涉，干涉是波的特有现象。

（四）课余作业

完成P43 “问题与练习”的题目。

6 多普勒效应

【教学目标】

1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别

2.知道什么是多普勒效应? 3.能运用多普勒效应解释一些物理现象

【教学重点】

1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别

2.知道多普勒效应是在波源和观察者之间有相对运动时产生的. 【教学难点】

波源的频率与观察者接收到的频率的区别

【教学方法】

读、讲、练与分析相结合

【教学过程】

让学生叙述火车向你驶来时，汽笛本身的音调如何变？人听到的汽笛音调如何变？

火车离你而去时，汽笛本身的音调如何变？人听到的汽笛音调如何变？同是汽笛发声为什么会产生两种不同的现象呢？

[板书]：多普勒效应

一、波源的频率与观察者接收到的频率

知识回顾：1.什么叫频率?

2.声音的音调由什么因素决定? 1.波源的频率------单位时间内波源发出的完全波的个数

2.观察者接收到的频率------单位时间内观察者接收到的完全波的个数

如果波源和观察者相对于介质静止,则观察者接收到的频率与波源的频率相等,如果波源或观察者相对于介质运动时,则观察者接收到的频率与波源的频率不相等,这一现象就叫多普勒效应

二、多普勒效应的成因

例:波速为V＝100m/s.波源的频率f＝100Hz.可算得:波的周期T＝0.01s,波长λ＝1m. 1.波源相对于介质静止,观察者相对于介质静止

在时间t＝1s里有100个波传到观察者所在的A处,观察者接收到的频率与波源的频率相等,音调不变. 2.观察者相对于介质静止,波源以速度V源＝10m/s相对于介质运动

(1).波源向观察者运动

则对观察者来说感觉到的波速为110m,他在1秒钟内接收到的完全波数为110个,所以观察者感受到的频率f'＝110Hz比波源的频率f＝100Hz要高,因而音调变高

注意:波速实际并没有改变,但在相同的距离中却多了10个完整波,是由于波在介质中被均匀挤压,使之波长变短的缘故

(2).波源远离观察者

由同学自行分析

3.波源相对于介质静止,观察者以速度V人＝10m/s相对于介质运动

(1).观察者向波源运动

(2).观察者远离波源

由同学自行分析

4.波源与观察者同时相对于介质运动又如何呢? 多普勒效应更加明显

三、多普勒效应的应用

学生阅读课文的最后一段,并加以总结

四、本课小结

五、巩固练习

1.关于多普勒效应,下列说法中正确的是

A.多普勒效应是由波的干涉引起的

B.多普勒效应说明波源的频率发生了改变

C.多普勒效应是由于波源和观察者之间有相对运动而产生的

D.只有声波才能产生多普勒效应

2.炮弹由远处飞来从头顶呼啸而过的整个过程中,我们所听到的音调

A.越来越高

B.越来越低

C.先变高后变低

D.先变低后变高

E.因不知炮弹的速度为多少,所以无法判断

六、作业

复习本节课的内容