5. 波的干涉、衍射教案设计（一等奖）

波的干涉

教材分析

一、在教材中的地位

本节内容在《高考考试大纲理科综合》中属Ⅰ级要求，波的干涉和波的衍射都是波的特有现象，为后面电磁波及光波的教学打下基础。

二、教材设计流程

创设教学情境引起学生的高度注意。波的干涉是波的一种叠加现象，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，即两列波传播时的独立性，相遇而发生叠加时，对任一质点而言，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，进一步说明在一定情况下，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能力，可借助图片、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地理解干涉现象。

三、教学目标

1、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）理解干涉现象的形成原理。

（4）知道干涉现象是波所特有的现象。

2、过程与方法

（1）培养观察、分析、归纳和空间想象能力。

（2）学习将三维空间运动转化为二维平面运动进行分析的思维方法

（3）学习在动态变化中抓住瞬间状态进行分析的思维方法

3、情感态度与价值观

培养学生辩证唯物主义的思想和实事求是的精神。

四、教学重点

干涉条件和干涉图样

五、教学难点

干涉现象形成的原理

学情分析：

机械波的运动形式比较复杂，学生初步接触机械波，对机械波的运动形式和特点理解不是很深刻，所以在研究相干波干涉时，尤其是分析介质质点的振动特点时是难点，抽象不易理解，需要借助多媒体辅助教学。

教法分析

一、

理论依据

为充分体现学生的学习主体地位，采用马赫穆托夫、列尔涅尔等人所倡导的问题教学法。其基本程序是：提出问题(创设教学情境)——引导学生观察实验——启发学生分析和解决问题。解决问题一般要经过四个阶段：即教师提出问题(创设教学情境)→学生独立思考、观察、讨论分析→教师根据学生交流的情况进行点拨引导→总结得出结论、进行论证。

二、

主要目的

充分体现学生的主体地位和作用，让学生在问题中激发兴趣，在问题的争论中辨清问题，在问题的解决中提升能力。

三、

主要设想

1、为了形象直观，打算在课堂中采用实验演示、多媒体电脑动画模拟辅助手段，帮助学生建立形象直观的认识，降低难度。

2、通过对波的干涉现象的观察与分析，分析波的干涉形成的原理，得出波的干涉条件。

四、

突破重难点的方法

1、为了能让学生更好的理解波的干涉形成原理，可以采取变“静”为“动”,“动”中取“静”的分析方法。

波的干涉现象是一种动态中的稳态，要分析这种现象，应该采用对某一瞬间状态进行静态分析的思维方法，并且将立体转化为平面进行形象的分析，充分利用计算机动画化动为静、化快为慢的优势，能有效地化解这一难点. 2、在讨论波的干涉图样和干涉条件时，请学生看二维干涉图样，引导学生思考与讨论，然后提问，最后，由教师分析总结。在师生的互动中,将重点难点一一化解

学法分析

提出系列问题，教师边演示、边提问，让学生边观察、边思考，最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论，教师可给予恰当的思维点拨，必要时可进行课堂提问，让学生充分发表意见。

教学过程

一、

复习引入 （

5’）

1．复习提问：机械波在介质中传播时每个质点做什么运动？是否“随波逐流”？

学生回答：每个质点在平衡位置附近做往复运动，不随波迁移。

2．创设情境：

利用音频信号发生器软件产生两列同频率声波，通过扬声器将声音发大，学生体验在不同的位置，声音的强弱不同。

教师：为什么两列同频率的声波相遇时在不同的位置声音的强弱是不一样的呢，这正是今天着重讨论的问题。 二、

新课教学

（一）波的独立传播特性

（5’）

1、对比实验

实验类型

实体相遇

波相遇

实验内容

两个球相遇

1、

水波相遇 2、

声波相遇 3、

绳波相遇 实验规律

运动状态改变

相遇后运动状态未发生改变

教师引发学生思考：波的相遇与实体相遇有没有不同，如果不同区别在哪里？

2、结论：我们把介质中几列波的相遇后，仍保持它们各自原有的特性，并不因为有其它波的存在而发生变化的性质叫做波的独立传播性，波的相遇也叫做波的叠加。

（二）波的叠加原理 (5’)

两列波相遇，一定有波的叠加区域，在叠加区域里介质质点的位移有什么变化呢？

1、动画模拟：同一根绳子上的起振方向相同的两个半波的相遇。

学生分析：质点叠加后振动的位移变化情况。

教师点评：在叠加区域里，介质质点同时参与两个振动，位移方向相同，其振动位移为两列波单独存在时在该点引起的位移矢量合。

1 动画模拟：当两列波的波峰与波峰在某一质点相遇。

2 学生分析：该质点振动振幅为两个波单独存在时的振幅之和。

教师点评：该点为振动加强点。

2、动画模拟：同一根绳子上的起振方向相反的两个半波的相遇。

学生分析：质点叠加后振动的位移变化情况。

教师根据图像点评：在叠加区域里，介质质点同时参与两个振动，位移方向相反，其振动位移为两列波单独存在时在该点引起的位移矢量合。

动画模拟：当两列波的波峰与波谷在某一质点相遇。

学生分析：该质点振动振幅为两个波单独存在时的振幅之差。

教师点评：该点为即振动减弱点。

3、教师提问：若两列波叠加时，波谷与波谷相遇，则振动是加强的还是减弱的？ 学生分析并回答：该点为振动加强点。 （三）波的干涉 (20’) 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，就是两个振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。

1、观察实验现象

【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。

2、波的干涉图样分析

①、动画模拟：水波的干涉。两列波的频率相同，实线代表波峰，虚线代表波谷。

学生分析：相邻的两个波峰和波谷间相差的距离为半个波长，相差的时间为1/2 个周期；相邻的两个波峰间的距离为一个波长，相差得时间为一个周期。经过半个周期后，图像上的波峰变成波谷。由于这两个波的频率相同，所以周期相同，振动的步调是一致的。

②、学生分析：此时刻a、b、c三点是振动加强点还是振动减弱点。

③、学生分析：若经过半个周期后，这两列波叠加后的情景图样将变成什么样？并作图在学案上。并在图中标出a、b、c三点。判断此时刻a、b、c三点是振动加强点还是振动减弱点？ 展示学生答案：

教师点评：b点是波峰与波谷的相遇，经半个周期后仍然是波峰与波谷的相遇，还是振动减弱点；a、c两点是波峰与波峰的相遇，经半个周期后是波谷与波谷的相遇，还是振

动加强点。

④、学生分析：a点是怎么运动的？它的轨迹是怎样的？在运动过程中，a点的瞬时位移可以为零吗？a点振动的振幅为多大？ 教师点评：叠加后振动加强质点，振动的幅度变大，但是质点在平衡位置附近往复运动，偏离平衡位置的位移不停的改变，可以瞬时为0 。振动减弱点同理。

⑤、学生根据波的叠加原理分析讨论图上所标的各个点分别为振动加强点还是振动减弱点，加强区域用红色线(实线)表示，减弱区域用蓝色线(虚线)表示。

由此，在图像上，我们看到了这样的情景：

教师点评：两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，另一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域相互间隔、位置保持不变。如果两列波的振幅相同，则在振动减弱点的振幅为0，所以，我们在水波演示实验中看到了振动着的水面上，出现了水面相对平静的区域和振动较强的区域，这两种区域的分布固定而且相互隔开。

3、波的干涉

我们把这种稳定的叠加现象，叫做波的干涉。产生干涉的条件：两列波的频率相同，这样的波叫做相干波。

4、学生思考：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？

教师点评：两列波的频率不同，不会形成稳定的干涉图样。

5、声波的干涉

活动1：【演示】敲击音叉使其发声，共振形成两个同频率的声源，将话筒围绕音叉转动。

学生观察现象，并分析：声波的干涉现象。

活动2：回扣课堂引入实验：

学生分析：声波的干涉现象。

教师点评：一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象。

（四）

干涉的应用。

（5’）

三、尝试回忆 （5’）

学生反思并总结本课重点内容。

四、作业：完成学案。

板书设计：

波的干涉

一、波的独立传播性 三、波的干涉

二、波的叠加 ①产生条件：相干波——频率相同

加强：波峰—波峰；波谷—波谷 ②干涉图样：振动加强区域与振动 减弱区域相互间隔。

减弱：波峰—波谷 ③一切波都能发生干涉