机械振动和机械波·波的衍射 波的干涉
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机械振动和机械波·波的衍射 波的干涉

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时间:2006-06-28

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资料简介
一、教学目标 1.在物理知识方面的要求: (1)知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。 (2)知道波的干涉现象是特殊条件下的叠加现象;知道两列频率相同的波才能发生干涉现象;知道干涉现象的特点。 (3)知道衍射和干涉现象是波动特有的现象。 2.通过观察水波的干涉现象,认识衍射现象的特征。通过观察波的独立前进,波的叠加和水波的干涉现象,认识波的干涉条件及干涉现象的特征。 二、重点、难点分析 1.重点是波的衍射、波的叠加及发生波的干涉的条件。 2.难点是对稳定的波的干涉图样的理解。 三、教具 水槽演示仪,长条橡胶管,投影仪。 四、主要教学过程 (一)引入新课 我们向平静的湖面上投入一个小石子,可以看到石子激起的水波形成圆形的波纹,并向周围传播。当波纹遇到障碍物后会怎样?如果同时投入两个小石子,形成了两列波,当它们相遇在一起时又会怎样?本节课就要通过对现象的观察,对以上现象进行初步解释。 (二)教学过程设计 主要思想是:遵照教材的编写意图,按“观察现象,归纳特征,而后得出结论”的大顺序进行教学。观察中注意引导,分析中注意启发。 1.波的衍射 (1)波的衍射现象 首先观察水槽中水波的传播:圆形的水波向外扩散,越来越大。 然后,在水槽中放入一个不大的障碍屏,观察水波绕过障碍屏传播的情况。由此给出波的衍射定义。 波绕过障碍物的现象,叫做波的衍射。 再引导学生观察:在水槽中放入一个有孔的障碍屏,水波通过孔后也会发生衍射现象。 看教材中的插图,解释“绕过障碍物”的含义。 (2)发生明显波的衍射的条件 在前面观察的基础上,引导学生进行下面的观察:①在不改变波源的条件下,将障碍屏的孔由较大逐渐变小。可以看到波的衍射现象越来越明显。由此得出结论:障碍物越小,衍射现象越明显。②可能的话,在不改变障碍孔的条件下,使水波的波长逐渐变大或逐渐变小。可以看到,当波长越小时,波的衍射现象越明显。由此指出:当障碍物的大小与波长相差不多时,波的衍射现象较明显。 发生明显衍射的条件是:障碍物或孔的大小比波长小,或者与波长相差不多。 最后告诉学生:波的衍射现象是波所特有的现象。 在生活中,可遇到的波的衍射现象有:声音传播中的“隔墙有耳”现象;在房间中可以接受到收音机和电视信号,是电磁波的衍射现象。 2.波的干涉 观察现象①:在水槽演示仪上有两个振源的条件下,单独使用其中的一个振源,水波按照该振源的振动方式向外传播;再单独使用另一个振源,水波按照该振源的振动方式向外传播。现象的结论:每一个波源都按其自己的方式,在介质中产生振动,并能使介质将这种振动向外传播。 观察现象②:找两个同学拉着一条长橡皮管,让他们同时分别抖动一下橡皮管的端点,则会从两端各产生一个波包向对方传播。当两个波包在中间相遇时,形状发生变化,相遇后又各自传播。现象的结论:波相遇时,发生叠加。以后仍按原来的方式传播。 (1)波的叠加 在前面的现象的观察的基础上,向学生说明什么是波的叠加。 两列波相遇时,在波的重叠区域,任何一个质点的总位移,都等于两列波分别引起的位移的矢量和。 结合图1,解释此结论。 解释时可以这样说: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? 结论:波源1和波源2的周期应相同。 (2)波的干涉 观察现象③:水槽中的水波的干涉。对水波干涉图样的解释中,特别要强调两列水波的频率是相同的,所以产生了在水面上有些点的振动加强,而另一些点的振动减弱的现象,加强和减弱的点的分布是稳定的。 详细解释教材中给出的插图,如图2所示。在解释和说明中,特别应强调的几点是:①此图是某时刻两列波传播的情况;②两列波的频率(波长)相等;③当两列波的波峰在某点相遇时,这点的振动位移是正的最大值,过半周期后,这点就是波谷和波谷相遇,则这点的振动位移是负的最大值;④振动加强的点的振动总是加强的,振动减弱的点的振动总是减弱的。 在以上分析的基础上,给出干涉的定义:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔,这种现象叫波的干涉,形成的图样叫做波的干涉图样。 反复观察水槽中的水波的干涉,分清哪些区域为振动加强的区域,哪些区域为振动减弱的区域。 最后应帮助学生分析清楚:介质中某点的振动加强,是指这个质点以较大的振幅振动;而某点的振动减弱,是指这个质点以较小的振幅振动,这与只有一个波源的振动在介质中传播时,各质点均按此波源的振动方式振动是不同的。 (3)波的干涉与叠加的关系 有了前面的基础,可以启发学生说一说干涉与叠加的关系。帮助学生认识:干涉是一种特殊的叠加。任何两列波都可以进行叠加,但只有两列频率相同的波的叠加,才有可能形成干涉。 最后指出:干涉是波特有的现象。 (三)课堂小结 今天,我们学习了波特有的现象:波的衍射和波的干涉。请同学再表达一下:什么叫波的衍射?什么叫波的干涉?什么条件下可能发生波的干涉? 课后的任务是认真阅读课本。 五、说明 教学中,教师应知道:(1)“障碍物或孔的大小比波长小,或者与波长相差不多”是产生明显衍射现象的条件,而不是产生衍射现象的条件。波遇到障碍物就会发生衍射,只是在上述的条件下可以明显观察到。(2)波的干涉的条件是:同一类的两列波,频率(波长)相同,相差恒定,在同一平面内振动。当它们发生叠加时,会出现干涉现象,由于课本中没有提出相和相差的概念,并且只讨论一维的振动情况,所以,教学中只强调“频率相同”的条件就可以了。更多的时间,应放在认识干涉与一般叠加相比的特殊之处上。

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