波的干涉教案

1、波的干涉教學(xué)設(shè)計無錫市第一中學(xué) 顧琦教學(xué)設(shè)計思路學(xué)生對波的疊加、波的干涉等現(xiàn)象缺乏生活經(jīng)驗和感性認識，所以要創(chuàng)造條件讓學(xué)生觀察、體驗。其中，波的疊加規(guī)律是干涉現(xiàn)象形成的基礎(chǔ)，以往教學(xué)常采用計算機模擬手段，但是缺乏真實性，實物教具的疊加演示實驗速度又比較快，學(xué)生不容易捕捉、觀察。因此，在課堂中可以采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，將實物演示實驗過程慢化，幫助學(xué)生觀察。波的干涉圖樣的繪制一般采用靜態(tài)圖片描繪或采用計算機模擬，要么學(xué)生缺乏動態(tài)認識，要么缺乏真實感，所以，在課堂中巧用攝像機，可以直接對真實的干涉現(xiàn)象觀察、分析。另外，干涉現(xiàn)象形成的動態(tài)過程對抽象思維要求也比較高。因此，平面上的分析可以先從簡單的一維開

2、始，對一個點的振動疊加進行研究，再用相同的方法拓展到二維、甚至三維，對線、面分析；復(fù)雜的動態(tài)過程分析可以先從特殊的瞬間開始，再到下一個瞬間、再到整個周期性運動。三維目標：知識和技能：了解波的疊加原理；理解振動加強（減弱）的本質(zhì)是兩個分運動步調(diào)相同（相反）；通過實驗現(xiàn)象的觀察認識干涉現(xiàn)象和干涉圖樣；知道干涉發(fā)生的條件，重點理解波源頻率相同這一條件。過程和方法：注意培養(yǎng)學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察能力；通過對具體質(zhì)點運動的分析，鍛煉學(xué)生對動態(tài)過程的分析能力；通過對一維、二維、三維的干涉現(xiàn)象的觀察、分析、討論，培養(yǎng)學(xué)生歸納、演繹的能力。情感態(tài)度和價值觀：引導(dǎo)學(xué)生通過運用已有知識（運動的合成）成功解釋新的物理

3、現(xiàn)象（干涉），從而讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)中的成就感；同時在課程中通過對物理現(xiàn)象的具體化呈現(xiàn)，包括演示實驗、視頻、模擬動畫、操場上的體驗活動等手段的運用，將抽象的過程變?yōu)榫唧w可及，既讓學(xué)生感受到物理現(xiàn)象中的美，又激發(fā)了對科學(xué)規(guī)律探求的好奇心。教學(xué)重點難點：教學(xué)重點：了解波疊加的矢量和原理，認識干涉現(xiàn)象，知道產(chǎn)生干涉的條件。教學(xué)難點：理解振動加強點的特點是分運動步調(diào)相同，而減弱點的特點是分運動步調(diào)相反。教具準備：ppt文件（含視頻、圖片、模擬動畫）、波的模擬裝置、發(fā)波水槽、攝像機、信號發(fā)生源（500Hz）、擴音器引入波的疊加規(guī)律波的獨立傳播原理一維上獨立波峰與波峰、波峰與波谷的疊加一維上連續(xù)波的疊加波的

4、干涉現(xiàn)象及條件二維平面上水波的干涉現(xiàn)象應(yīng)用：三維平面上聲波的干涉現(xiàn)象討論、體驗教學(xué)流程圖：教學(xué)過程：進程師生活動對學(xué)生可能的引導(dǎo)教學(xué)輔助手段引入教師：一滴水，一圈漣漪，向我們展示的是波的形成和傳播。教師：兩滴水，兩組漣漪散開、相遇會發(fā)生什么呢？今天我們的課就從兩列波的相遇開始。ppt：（視頻）一滴水滴入盤中ppt：（視頻）兩個水滴在水槽的不同位置滴入一、波的疊加波的獨立傳播原理提問：請大家注意觀察，在兩組漣漪相遇前后，波的傳播有什么特點？（學(xué)生回答）總結(jié)：兩列波相遇前后波的傳播特性沒有發(fā)生變化，可以說是各自獨立傳播的?？梢龑?dǎo)學(xué)生注意相遇前后漣漪的形狀都是“圓”ppt：（視頻）兩個水滴在水槽的不

5、同位置滴入一維上的疊加（1）：兩個波源分別只形成一個波峰或一個波谷提問：相遇時呢，兩列波相遇時互相干擾了嗎？（學(xué)生回答）教師：讓我們來看看波的模擬實驗。（操作演示實驗）提問：你看到什么了？（學(xué)生回答）提問：兩列波相遇，總是加強嗎？再看實驗（演示實驗）。又看到了什么？（學(xué)生回答）教師：振動也可以減弱啊。提問：什么情況下是加強，什么情況下時減弱？（學(xué)生回答）追問：如果是兩個波谷相遇呢？（學(xué)生回答）教師：加強，加強到什么程度；減弱，減弱到什么程度？我們再來看看剛才實驗的慢鏡頭。注意參考畫面上的網(wǎng)格線。（注意語言提示，是峰與峰相遇的還是峰與谷相遇的情形，是相遇前、相遇時還是相遇后。）提問：你看到了什么

6、，有什么判斷？（學(xué)生回答）追問：為什么一個是加，一個是減？（學(xué)生回答）教師：滿足的是矢量和的關(guān)系，所以兩個波源分別引起的振動不過是這個質(zhì)點的兩個分運動，當然仍然是具有獨立性的。教師總結(jié)：兩列波相遇，在相遇前、相遇時、相遇后都具有獨立性，同時位移疊加滿足矢量和學(xué)生可能回答：不知道，因為無法觀察清楚；有干擾，那里的波紋有點不同；沒有干擾，邏輯上之前沒有干擾，之后沒有干擾，中間也沒有干擾注意引導(dǎo)學(xué)生觀察的是正中間的點可以引導(dǎo)學(xué)生進行分類總結(jié)要強調(diào)這里的矢量性演示實驗：右一個波峰；左一個波峰；左右波峰向中間傳，重復(fù)。演示實驗：左波谷，右波峰向中間傳。ppt：兩個波峰相遇實驗的慢鏡頭及添加輔助線的幀畫面

7、；一個波峰和一個波谷相遇實驗的慢鏡頭及添加輔助線的幀畫面ppt：小結(jié)文字板書：獨立性、矢量和二、波的干涉一維上的疊加（2）：兩個波源持續(xù)振動，形成連續(xù)的波峰波谷提問：如果兩側(cè)波源同時向上，同頻率持續(xù)振動呢？你看到了什么？（學(xué)生回答）追問：加強的點或減弱的點是不是會隨時間變化而發(fā)生改變？（學(xué)生回答）教師：也就是說，振動加強的質(zhì)點振動始終增強，振動減弱的質(zhì)點振動始終減弱。提問：這樣的現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的呢？比如正中間這個質(zhì)點的振動。（學(xué)生回答）提問：那旁邊也有振動加強的點，這里的質(zhì)點的運動又是怎樣形成的呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：所有振動加強的點都滿足這個規(guī)律：兩個波源在這里引起的振動始終步調(diào)相同。提問：那

8、么振動減弱、不動的點又是什么情況呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：不僅這里，所有振動減弱的點都滿足兩個波源在這里引起的振動始終步調(diào)相反。提問：在剛才的分析中，正中間質(zhì)點的兩個分運動同步是因為兩個波源產(chǎn)生的波同時傳到這里，對旁邊振動加強點來講，兩列波不是同時到達的，這里又是如何實現(xiàn)分運動同步的呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：從中心往外，兩個波源到各個加強點的時間差依次滿足一個周期、兩個周期提問：在剛才的實驗中，振動加強和振動減弱的點的分布有什么特點呢？（學(xué)生回答）提問：要讓某個質(zhì)點的兩個分運動總是步調(diào)相同，或者步調(diào)相反，對波源來講有什么要求呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：波源頻率相同了，這里的分運動才能頻率相同，始終保持步調(diào)相

9、同或者步調(diào)相反。提問：如果兩個波源頻率相同，但是步調(diào)相反，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？（學(xué)生回答）如果學(xué)生觀察有困難，可以引導(dǎo)學(xué)生逐個點看過去注意每個點的振幅，可以引導(dǎo)學(xué)生從開始時是兩個波峰同時到達分析出某個瞬間振動加強；再討論出之后其中一個分運動到達波谷時另一個分運動也恰好到達波谷，從而分析出這里兩個分運動是同步?？梢杂脙墒址謩e模擬分運動幫助學(xué)生理解和分析。同樣可以從波峰遇上波谷的特殊時刻開始討論，再逐步討論動態(tài)的過程：一個分運動從波峰向波谷運動時，另一個分運動一定從波谷向波峰運動，步調(diào)是始終相反的。同樣可以用手勢幫助學(xué)生理解?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生注意波的周期性能答到相間分布即可。如果提到了等間距分布也可以

10、稍微解釋下，將前面的時間差轉(zhuǎn)化為距離差?？梢詮牟ǖ膫鞑ブ小懊總€質(zhì)點的振動都是在模仿波源的振動”，來引導(dǎo)學(xué)生分析波源的運動可以引導(dǎo)學(xué)生從步調(diào)是否相同入手分析演示實驗：兩側(cè)同步持續(xù)振動，（時間要長一些，保證學(xué)生有足夠的時間觀察，必要時，可以在學(xué)生回答后再重復(fù)一次）板書：步調(diào)相同加強板書：步調(diào)相反減弱二維上的疊加水波的干涉圖樣教師：剛才我們就兩列波在一維平面里相遇進行了較為詳細的討論。如果現(xiàn)在波源產(chǎn)生的波不只在一直線上傳播，而是可以沿平面?zhèn)鞑ラ_去，又會有什么現(xiàn)象呢？我們借助攝像機來看看水面上兩個振子同步振動的現(xiàn)象。教師：非常漂亮的畫面。我們可以發(fā)現(xiàn)水面上有的地方一直在閃爍，有的地方始終是暗的，由此可

11、以判斷有些地方振動是加強的有些地方振動是減弱的。教師：我們可以將畫面投到黑板上來標出這些點。（標點的同時和學(xué)生一起判斷是加強的還是減弱的）再用紅色實線連出加強的線，用白色虛線連出減弱的線。其中畫面的上半部分可以利用對稱性補全。提問：這里加強區(qū)域和減弱區(qū)域的分布有什么特點？（學(xué)生回答）提問：這樣的現(xiàn)象又是怎么形成的呢？比如中間直線上的某個點。（學(xué)生回答）提問：與這條直線相鄰的加強線上的點呢？（學(xué)生回答）提問：這里減弱線上的點呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：加強的地方還是分運動步調(diào)相同，減弱的點還是分運動步調(diào)相反。教師：我們再來看看這些線的分布，能不能用數(shù)學(xué)的方法表示出來呢？波源到中間線上的點距離是相同的，

12、如果用到波源的路程差|r1-r2|表示,應(yīng)該為0；相鄰的加強線上的點，由于波傳到這里差T，如果用路程來表示就是相差；傳播時間差2T的地方就是路程差為2而減弱的點路程差分別為/2，3/2總結(jié)下，路程差滿足n的點振動加強，滿足（n+1/2）的點振動減弱。教師：我們也可以來看看模擬動畫。（注意說明各個質(zhì)點的步調(diào)關(guān)系、距離特點，強調(diào)疊加時的步調(diào)相同或相反，并與黑板上的干涉圖樣上的線對應(yīng)。）提問：產(chǎn)生這樣美麗的波紋，有什么條件呢？（學(xué)生回答）總結(jié)：頻率相同。提問：如果波源的起振方向是相反的，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？（學(xué)生回答）教師：正因為如此我們剛才總結(jié)出的加強點、減弱點的位置特點要滿足條件波源步調(diào)相同。提問

13、：今天我們重點研究了兩列波在一維上、二維平面里的相遇、疊加，它們都有哪些共性呢？請同學(xué)總結(jié)。（學(xué)生回答）教師：這就是波的干涉。頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強、某些區(qū)域的振動減弱，這種現(xiàn)象叫波的干涉提問：能否總結(jié)下產(chǎn)生干涉的條件？（學(xué)生回答）教師：頻率相同是產(chǎn)生干涉的重要條件，當然在前面的討論中我們發(fā)現(xiàn)波源既可以步調(diào)相同也可以步調(diào)相反，更科學(xué)一點的表述就是“有恒定的相位差”，當然深入的研究表明還要求兩個波源的振動方向相同。強調(diào)相間分布可以提醒學(xué)生借鑒一維上的分析方法重點強調(diào)加強點和減弱點的疊加規(guī)律和現(xiàn)象演示實驗：利用教室上方的燈光在水面上的反射，直接用攝像頭視頻輸出水槽中波的疊加的實

14、驗現(xiàn)象。模擬動態(tài)動畫演示和解釋應(yīng)用：三維上的疊加聲波干涉圖樣提問：如果波源引起的振動不僅能在二維平面里傳播，而是可以在整個立體空間里傳播，比如聲波，可以發(fā)生干涉嗎，你會如何設(shè)計實驗？（學(xué)生回答）提問：可能會有什么現(xiàn)象？（學(xué)生回答）追問：能否說說分布的特點，比如與水的干涉圖樣比較？（學(xué)生回答）教師：我們可以來看看動畫效果。教師：那么實際情況如何呢，我們就去操場上體驗一下吧。引導(dǎo)學(xué)生注意干涉條件的應(yīng)用引導(dǎo)學(xué)生注意干涉現(xiàn)象的特點引導(dǎo)學(xué)生從某一平面來看，再發(fā)展到其它平面ppt：提出問題ppt：展示操場揚聲器圖片ppt：模擬動畫三、操場上體驗聲的干涉流程：分隊列，先在跑道上走一遍，感受一下，然后逐行找出

15、振動減弱的點，并站出隊形。信號發(fā)生器采用500Hz的頻率教學(xué)后記：心得一：以往教學(xué)中關(guān)于疊加規(guī)律經(jīng)常采用的“峰+峰à加強”、“峰+谷à減弱”的表達方式，常常使學(xué)生誤將加強點振幅增大為(A1+A2)理解成位移始終為(A1+A2)，究其本質(zhì)是學(xué)生只注意到了某一瞬間而沒有真正理解運動全過程中的特點。因此本節(jié)課采用了“步調(diào)相同à加強”、“步調(diào)相反à減弱”的分析方法，通過對整個動態(tài)過程的分析，使學(xué)生對質(zhì)點的全部運動過程有了詳細的理解，從而從源頭上消除錯誤概念的形成。心得二：模擬實驗裝置的使用比動畫分析更具有說服力，且觀察時學(xué)生很有興趣。戶外實驗?zāi)茉黾訉W(xué)生的感性認識，學(xué)生興致也很高。心得三：老的發(fā)波水槽和攝像機的結(jié)合使用，畫面效果出奇的好，比頻閃光源做成的水波干涉裝置（新）現(xiàn)象更明顯，投影在黑板得到干涉圖樣進行分析很方便。但是要注意光源的角度。遺憾一：在討論一維上連續(xù)波疊加時加強點和減弱點的分布時，學(xué)生提出的等間距分布，