高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 波的干涉公开课教学设计

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课题
波的干涉
单元
3
学科
物理
年级
高二
教材分析
干涉是波特有的现象，也是学生今后学习光的干涉的基础。但是，学生对与干涉相关的现象缺乏观察。教材以生活中常见的水面涟漪作情境，促使学生思考:“复杂而美丽的图案是怎么产生的?”引导学生从物理学的视角观察自然现象，产生对自然界的好奇心。
在学生了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、相位差恒定、振动方向相同时，叠加的结果就会出现稳定的“图案”两 列波在某些区域引起的振动始终加强，在某些区城引起的振动始终减弱，这就是干涉现象。
教材是按照“观察现象--归纳特征一 得 出结论”的顺序编写的，要充分利用实验展示真实的现象。实验展示中可以安排两个学生各自持续地“随心所欲”抖动绳子的两端，其他同学仔细观察和描述现象，然后利用发波水槽进行演示实验，并在此基础上利用动画模拟，先研究整体特征，再研究加强与减弱区城质点合振动随时间的变化，使学生既能够从空间上认识波动情况，也能够从时间上认识典型位置的振动规律。
教学目标与核心素养
物理观念：知道波的叠加原理，知道波的干涉是波叠加的结果。
科学思维：知道什么是波的干涉图样的特点，理解形成稳定干涉图样的条件，掌握振动加强点、减弱点的振动情况。
科学探究：会分析波的叠加，了解波的干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系，会用科学思维对波的衍射、干涉现象解释相关问题。
科学态度与责任：通过对波的叠加的分析，培养严谨的科学态度。
重点
波的叠加原理，稳定干涉产生的条件。干涉图样的特点。
难点
波的叠加原理，稳定干涉产生的条件。干涉图样的特点。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
有几列波在同一介质中传播，当它们相遇后会发生什么情况呢？会不会像两个球相遇一样改变了它们的运动状态呢？
雨滴下落不同步，相差也不恒定。
观察生活中的波的叠加现象。

引导学生注意观察生活中的波的叠加的现象，让学生在脑海中形成波的叠加的初步概念。
讲授新课
思考1：尝试画出两列波相遇前后的波形？
一、波的叠加原理
思考2：通过以上观察和分析，波的叠加有什么特点？
①几列波相遇之后， 仍然保持它们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其它波一样。（独立性）
② 在波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波所引起的振动，质点振动的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
思考3：下列两列波叠加后是怎样的？
如果介质中某些质点处于两列波波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，则振动加强，合振幅将增大。
如果介质中某些质点处于两列波波峰与波谷相遇处，则振动减弱，合振幅减小，此时如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零。
课堂练习1、两列波叠加时,关于介质中的任一质点的振动,下列说法正确的是( )
A.它的周期一定是两分振动周期之和
B.它的频率一定是两分振动频率之和
C.它的振幅一定是两分振动振幅之和
D.它的位移一定是两分振动位移之和
解析：两列波叠加时,振动的周期和频率不一定等于两者之和。例如,频率相同的两列波叠加,某点的振动频率可能等于每列波的频率,也可能不振动。某点的振幅可能等于两列波的振幅之和,也可能等于两列波的振幅之差,但位移一定是两分振动的位移之和,故选D。
答案：D
二、波的干涉
观察水波的干涉
水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。
思考4：这两个波源发出的波有什么共同点？
这两个波源发出的是频率相同的波。两列波的振动方向也相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位差保持不变(总是0)
思考5：描述所看到的现象？
这两列波相遇后，在振动着的水面上，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。
频率相同，振动方向相同，相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动始终加强，某些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔这种现象叫做波的干涉，形成的图样叫做干涉图样。
干涉是波特有的现象，一切波都会发生干涉。
思考6：干涉图样有什么特点：
①振动加强点始终加强，振动减弱点始终减弱。
②振动加强点和振动减弱点是间隔出现。
③振动加强点是指振幅较大的点，不是位移始终最大。
④干涉图样中，不只有振动加强的质点和振动减弱的质点。
思考7：加强点和减弱点的分布有什么规律？
加强点和减弱点的分布规律：
若两波源振动情况完全相同，到两波源的路程差（波程差）△s满足:
——加强
——减弱
课堂练习2、(多选)下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,下列说法正确的是( )
A.a、c两点的振动加强,b、d两点的振动减弱
B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C.经适当的时间后,加强点和减弱点的位置互换
D.经半个周期后,原来位于波峰的点将位于波谷,原来位于波谷的点将位于波峰
解析：波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相干波叠加的情况。形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着,其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意,对于稳定的干涉图样,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。a点是波谷和波谷相遇的点,c点是波峰和波峰相遇的点,都是振动加强的点;而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点,是振动减弱的点,故选项A正确;e点位于加强点的连线上,为加强点,f点位于减弱点的连线上,为减弱点,故选项B错误;相干波源叠加产生的干涉是稳定的,不会随时间变化,故选项C错误;因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动,经半个周期步调相反,故选项D正确。
答案：AD
观看动画演示：机械波的叠加。
通过观察，画出两列机械波在相遇前后的波形图。
思考波的叠加的特点。
思考振动加强点和减弱点的特点。
完成课堂练习。
观察实验现象。
学生描述现象。
总结干涉图样的特点。
学生讨论加强点和减弱点的特点。
采用动画演示的方式，展示机械波的叠加的特点，让学生更加直观的了解波的特点。
总结波的叠加的特点，让学生把脑海中的抽象的印象具体化。
通过课堂练习，掌握波的叠加的特点。
让学生用语言描述所观察到的现象。培养学生的语言表达能力。
小组讨论思考，总结干涉图样的特点。
小组讨论总结，加强学生读知识的系统的掌握。
拓展提高
1、下列现象属于波的干涉现象的是( )
A.面对障碍物大喊一声,过一会听见自己的声音
B.将一个音叉敲响,人围绕它走一周,将听到忽强忽弱的声音
C.在障碍物的后面可以听到前面的人说话的声音
D.一人敲一下长钢管的一端,另一人紧贴长钢管的另一端,先后听到两次声音
答案：B
2、两列波相叠加产生了稳定的干涉现象,得到了干涉图样,以下关于干涉的说法错误的是( )
A.两列波的频率一定相等
B.振动加强区与振动减弱区总是相互间隔的
C.振动加强区与振动减弱区交替变化
D.振动加强区在空间的位置一直不变
解析：发生稳定的干涉现象时,振动加强和振动减弱的区域是稳定的,加强的区域总是加强,减弱的区域总是减弱,故选项C说法错误。
答案：C
3、两个相干波源发出的两列波分别用不同的同心圆表示,其波峰用实线表示,波谷用虚线表示。某一时刻两列波在空间传播的情况如图所示,在两列波相遇的空间中有M、N、Q、K四点,则振动加强的点是 ,振动减弱的点是 。
解析：当波峰和波峰叠加或波谷和波谷叠加时,振动加强。当波峰和波谷叠加时,振动减弱。在图中M点为波峰和波峰叠加,振动加强；N、Q点为波谷和波谷叠加,振动加强;K点是波峰和波谷叠加,振动减弱。
答案：M、N、Q；K
做一做：
安装两个相同的扬声器，并且使它们由同一个信号源带动，发出相同频率的声音。
同学们分，成两组，手持不同颜色的标志(如A组持白，B组持黑)，分散在两个扬声器之间，注意听扬声器发出的声音,并且小范围地移动。A组同学移动到声音最大位置停住,B组同学移动到声音最小(或听不到声音)位置停住。找到位置后都把标志举起，看看A组和B组同学所在位置的分布有什么规律。
完成拓展提高。
课下完成本节课“做一做”内容，体会知识在生活中的应用。
通过完成练习题，总结本节课所学知识。
学以致用，让学生通过动手制作，体会生活中的物理知识，提高学生的学习兴趣和应用物理知识解决实际问题的能力。
课堂小结
一、波的叠加
1、波传播的独立性
2、波的叠加原理
三、波的干涉
1、产生稳定干涉的条件
2、干涉图样及其特点
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书