5. 波的干涉、衍射课堂实录【3】

波

的

干

涉

四川省都江堰中学 陈艳丽

教材分析

波的干涉是波的一种特殊的叠加现象，所以对波的叠加现象的理解是认识波的干涉现象的基础.教材首先讲了波的叠加现象，即两列波相遇而发生叠加时，对某一质点而言，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和. 在学生理解波的叠加的基础上，再进一步说明在特殊情况下，即当两列波的频率相同时，叠加的结果就会出现稳定的特殊图样，即某些点两列波引起的振动始终加强，某些点两列波引起的振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔，这就是干涉现象. 由于对干涉现象的理解，需要一定的空间想象力，可借助实验、视频、图片、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地理解干涉现象. 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

通过观察水波干涉的实验，使学生了解如何获取相干波和知道波的干涉现象及干涉条件；

（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：波的叠加原理和波的干涉现象。

教学难点：波的干涉中加强点和减弱点的位移和振幅的区别。

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）、计算机、投影仪、大屏幕、PPT课件

教学过程

（一）引入新课

我们在前面学习了波的一些基本知识，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？

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（二）新课教学

1．波的叠加

实验（一）：请两名同学同时滴一滴水到水槽中，下面的同学通过屏幕观察两水滴形成的的水波在水槽中的相遇情景，重复两遍。请同学来描述实验现象。

实验现象：两列波相遇后，彼此穿过，继续传播，波的形状和传播的情形跟相遇前一样。

实验（二）：请两们同学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。（学生演示完后可在屏幕上放出该过程的慢动作，让同学把过程看清）请两名同学来描述实验现象。

实验现象：两列绳彼此穿过，继续传播，波形和传播情况跟相遇前一样。

教师总结：两列波相遇后，每列波都像相遇前一样，保持各自原来的波形，继续向前传播，这是波的独立传播特性。

投影：1、波的独立性原理：介质中几列波相遇后，仍将保持着它们各自的特性

（频率、振幅、振动方向、传播方向等）继续传播，并不因为其他波的存在而发生变化。

［教师］

刚才，通过实验，我们知道了两列波在相遇前后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响，那么在两列波相遇的区域里情况又如何呢？

视频演示：慢动作播放两列波在相遇区域的情景，可反复播放二到三次（虽说是视频，但是是真实实验拍摄而成的，所以非常能说明问题）。待同学看清楚情况后请同学来描述实验现象。

［学生］

现象：叠加区域的质点的位移有的增大，也有的减小。

［教师］

为什么会出现这种现象呢？再模拟两波叠加的区域质点的振动情况。

原因：在叠加区域内，质点要同时参与两列波引起的振动，因此位移为两列波单独存在的位移的矢量和，这叫做波的叠加性原理。

投影：2、波的叠加性原理：在几列波传播的叠加区域内，质点要同时参与几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和。

再动画演示各种不同的叠加区域中振幅的变化。波峰与波峰，波谷与波谷，波峰与波谷，在关键区域按暂停键跟同学们分析，最后得出叠加原则。

投影：两列振动方向相同的波叠加，振动加强，振幅增大；两列振动方向相反的波叠加，振动减弱，振幅减小。

思考：若是有两列频率相同、振动方向也相同波相遇，在叠加区域内会有什么现象产生呢？

演示实验：给发波水槽通电，让振源带动双振子振动（通过数次实验学校配的振子引起的水波的振动效果不是很明显，因而形成的干涉现象也很不明显。为了有较好的实验效果自己做了一个双振子，通过数次的调节，最后的实验效果非常的明显，这一点获得了听课领导和教师的肯定），同学们通过屏幕看到了清晰的实验效果，待同学们认真观察几分钟后，再请同学们试着描述刚2

才观察到的实验现象。（这里要对同学们说明，双振子的作用就是形成两列频率、步调完全相同的波）

［学生］

在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。（这里需要请好几名同学来总结，顺序是由能力稍弱到较好，最后再由教师提示得出）

［教师］

总结：物理学上把这种现象叫波的干涉现象，形成的图样叫干涉图样。

投影：二、波的干涉：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点始终减弱，并且这两种区域互相间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加的现象叫做波的干涉。由波的干涉所形成的图样叫干涉图样。（边讲边在图片上指出相应的振动加强区和减弱区）

为什么会出现这种现象呢？

（1）

振动加强的解释

如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈

练习：请在右图中标出振动加强点（请一名同学到屏幕上标出）

根据同学所标注的情况简单总结。

（2）振动减弱的解释

如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静

练习：请在右图中标出振动减弱点（请一名同学到屏幕上标出）

根据同学所标注的情况简单总结。

将下图展示出，并标注出所有的加强点和减弱点（加强用红色，减弱用蓝色）

请同学们观察这些加强、减弱点的分布有什么特点。

［学生］

特点：某一区域的加强点分布在一条直线上，这一区域为振动加强区；而某一区域的减弱点也分布在另一条直线上，这一区域为振动减弱区，把这些直线画出，发现加强区与减弱区间隔开来。（请同学来回3

答，学生层次逐渐提高，还可给一些提示）

［教师］

总结并投影：把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区。振动加强区和振动减弱区是相互隔开的．

强调：振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱，并不会随着波形的传播而发生变化．

思考：是不是任意两列波相遇都能产生稳定的叠加形成干涉图样呢？

在发波水槽中演示频率不同的两列波相遇，请同学们观察现象。

现象：没有形成稳定的干涉现象。

问：最开始在水槽中形成的两列波能产生稳定的干涉现象，而现在的的两列波并没有形成，它们的区别在哪里呢？

［学生］

形成稳定干涉的两列波是由同一个振源带动两个振子产生的，因而频率相同；而刚才的两列波只是随意产生的，频率不相同。

［教师］

那形成稳定干涉的条件是什么呢？

［学生］

两列波的频率相同。

［教师］

对，形成稳定的干涉的必要条件是两列波的频率相同。

说明：波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加。干涉是波所特有一种现象，一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象。反之，凡是能发生干涉现象的一定是波。

三、小结

［投影出示小结思考题］

1.什么是波的独立性？

2.什么是波的叠加原理？

3.什么是波的干涉？

4.产生稳定干涉的条件是什么？

四、课堂练习：

1、如右图所示，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？

2、A.B.C.4

D.B、D 强调：

1.不论是振动加强点还是振动减弱点，位移仍随时间做周期性变化。

2.一切波都能够产生干涉和衍射现象；反之能够发生干涉和衍射现象的必定是波

五、课后作业

书P39页1、2、3

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