高中物理选修34124波的衍射和干涉教案.docx
- 文档编号:25820220
- 上传时间:2023-06-15
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:106.29KB
高中物理选修34124波的衍射和干涉教案.docx
《高中物理选修34124波的衍射和干涉教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理选修34124波的衍射和干涉教案.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理选修34124波的衍射和干涉教案
2019-2020年高中物理选修3-4:
12-4波的衍射和干涉(教案)
教学目标
一、知识与技能
1.知道什么是波的衍射和干涉现象。
2.知道波发生明显衍射的条件。
3.知道波的叠加原理,知道波的干涉现象实质上是波的一种特殊的叠加现象。
4.知道波的干涉的条件及波的干涉图样的特点。
5.知道衍射与干涉是波所特有的现象。
二、过程与方法
1.通过实验的演示,观察和发现波的衍射的现象,理解发生衍射的条件。
2.明确波的叠加原理,通过观察、分析干涉现象,了解干涉图样的特点。
三、情感、态度和价值观
1.培养学生“观察现象→归纳特征→得出结论”的实验方法。
2.培养学生的空间想象能力。
教学重、难点
重点
1、波发生明显衍射的条件
2、波的叠加原理
3、波的干涉的条件及波的干涉图样的特点
难点
波的衍射、叠加、及干涉的应用
教学过程
一、学生自主学习并完成
1.波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的________。
2.实验表明:
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________,或者比波长________时,才能观察到明显的衍射现象。
3.一切波________发生衍射。
衍射是波________的现象。
4.事实表明,几列波相遇时能够保持________运动状态,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点________参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的________。
5.频率____________两列波叠加时,使某些区域的振幅________、某些区域的振幅________,这种现象叫做波的干涉,形成的图样常常叫做________。
6.产生干涉的必要条件是,两列波的________必须相同。
跟________一样,干涉也是波所________的现象。
答案:
1.衍射2.相差不多 更小3.都能 特有4.各自的 同时 矢量和
5.相同的 加大 减小 干涉图样6.频率 衍射 特有
二、重点讲解
(一)波的衍射
(1)定义:
波可以绕过障碍物继续传播的现象。
如图12-4-1所示。
注意:
①衍射是波特有的现象。
②一切波都能发生衍射现象。
(2)产生明显衍射现象的条件
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。
例如:
声波的波长一般比院墙大,“隔墙有耳”就是声波衍射的例证。
注意:
一切波都能发生衍射,而要发生明显的衍射现象须满足上述条件,当不满足上述条件时,衍射现象仍存在,只不过是衍射现象不明显,不易被我们观察到。
波的直线传播就是衍射不明显时的近似。
【例1】如图12-4-2所示是观察水面波衍射现象的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源,图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述中正确的是( )
A.此时能明显观察到波的衍射现象
B.挡板前后波纹间距离相等
C.如果孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象
D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能更明显的观察到衍射现象
【答案】A、B、C
【解析】根据能有明显衍射现象的条件:
障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。
从图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,A正确;因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,B正确;若将孔AB扩大,将可能不满足明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,C正确;若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足明显衍射现象的条件,也有可能观察不到明显的衍射现象,D错误。
【思维点悟】本题考查的是一个演示实验。
要求对波发生明显衍射现象的条件,以及波长、频率、波速之间的关系有正确的认识。
因此对重要的演示实验的实验原理和实验方法,都必须有深入的理解。
在观察水波衍射现象的实验中,若打击水面的振子振动频率增大,观察到的衍射现象有什么变化?
(提示:
λ=v/f,f增大,λ减小,则衍射现象变得不明显)
对应练习
1.把M、N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验,出现了如图12-4-3所示的图样,位置P处的水没有振动起来,现要使挡板左边的振动传到P处,在不改变挡板M的左右位置和P点位置的情况下,可以采用哪些办法?
解析:
波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多,或者比波长更小,所以要使P点振动起来,有两种方法:
一是减小孔的尺寸;二是增大波的波长。
N板向上移,可以减小孔的尺寸,由v=λf可知,水波的波速一定,减小波源的频率可以增大水波的波长。
答案:
N板上移,或减小波源振动的频率
(二)波的叠加
(1)原理:
几列波相遇时能够保持各自的运动状态,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
(2)理解:
①位移是两列波分别产生的位移的矢量和
当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时,介质中的每个质点都要同时参与两个分运动,在任一时刻,第一列波使某个质点a振动所产生的位移是x1,第二列波同时使质点a振动所产生的位移是x2,则质点a的位移就是这两列波分别产生的位移的矢量和。
②各列波独立传播
几列波在同一介质中传播,在介质中某一点(或某一区域)相遇时,每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播,彼此之间互不影响,好像没有遇到的另一列波一样,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波所产生的振动,每一质点仍然是在各自的平衡位置附近做振动。
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。
注意:
叠加原理适用于一切波。
【例2】如图12-4-4所示,两列相同的波沿一直线相向传播,当它们相遇时,如图所示的波形中可能的是()
【答案】B、C
【解析】当两列波的前半个波(或后半个波)相遇时,根据波的叠加原理,在前半个波(或后半个波)重叠的区域内所有质点此刻的振动合位移为零,而两列波的后半个波(或前半个波)的波形保持不变,所以选项B正确;当两列波完全相遇时(即重叠在一起),由波的叠加原理可知,所有质点振动的位移均等于每列波单独传播时引起的位移的矢量和,使得所有的质点振动的位移加倍,所以选项C也是正确的。
【思维点悟】在两列波叠加时,质点的位移是每列波单独传播时引起的位移的矢量和。
本题考查对波的叠加原理的理解。
对应练习
2.如图12-4-5所示,波源S1在绳的左端发出频率为f1,振幅为A1的半个波形a,同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2,振幅为A2的半个波形b,且f1 已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定。 下列说法正确的是( ) A.两列波比较,a波将先到达P点 B.两列波在P点叠加时,P点的位移最大可达A1+A2 C.b的波峰到达P点时,a的波峰还没有到达P D.两列波相遇时,绳上位移可达A1+A2的点只有一个,此点在P点的左侧 【答案】C、D (三)波的干涉 (1)干涉: 频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动总是加强,某些区域的振动总是减弱,并且加强区和减弱区相互间隔,这种现象叫做波的干涉。 (2)干涉图样 波的干涉形成的图样叫干涉图样。 如图12-4-6所示 注意: ①干涉是波叠加的结果,任意两列机械波都会叠加,但只有满足频率相同,即f1=f2时,才能出现稳定的干涉现象。 ②振动加强(减弱)的区域是指质点的振幅大(小),而不是指振动的位移大(小),因为位移是在时刻变化的。 ③一切波都能发生干涉现象,干涉是波特有的现象。 但是两列频率不同的波叠加后,加强和减弱不稳定,不能形成干涉图样。 (3)加强点和减弱点 ①加强点: 振动加强的点振动总是加强,但并不是始终处于波峰或波谷,它们都在平衡位置附近振动,也有的时刻位移为零。 只是振幅为两列波振幅之和,显得振动剧烈。 ②减弱点: 振动减弱点的振动始终减弱,它位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差,振幅为两列波振幅之差。 如果两列波的振幅相同,则振动减弱点将会总是处于静止的。 ③振动加强点和减弱点的判断方法 a.条件判断法: 振动频率相同、振动方向相同的两波源产生的波叠加时,加强、减弱条件如下: 设点到两波源的距离差为Δr。 若两波源振动的相差为零,那么当Δr=2k·λ/2时为加强点;当Δr=(2k+1)·λ/2时为减弱点(k=0,1,2…)。 若两波源振动步调相反,即相差为π,则上述结论相反。 b.现象判断法: 若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇,该点为加强点,若总是波峰与波谷相遇,则为减弱点。 【例3】如图12-4-7所示表示两个相干波源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,虚线表示波谷,下列说法正确的是( ) 【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,对稳定的干涉,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,A正确;e位于加强点的连线上,仍为加强点,f位于减弱点的连线上,仍为减弱点,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,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,D正确。 【思维点悟】若认为只有干涉图样上波峰和波峰、波谷和波谷相遇的点才是振动加强的点,波峰和波谷相遇的点为振动减弱的点,可能误选B;误认为加强点永远位于波峰,减弱的点永远位于波谷,会漏选D。 对应练习 3.如图12-4-8所示是水波干涉示意图,S1、S2是两波源,A、D、B三点在一条直线上,两波源频率相同,振幅相等,下列说法正确的是( ) A.质点A一会儿在波峰,一会儿在波谷 B.质点B一会儿在波峰,一会儿在波谷 C.质点C一会儿在波峰,一会儿在波谷 D.质点D一会儿在波峰,一会儿在波谷 解析: 在波的干涉中,振动加强区域里的质点总在自己的平衡位置两侧做简谐振动,只是质点的振幅较大,为A1+A2。 本题中由于A1=A2,故振动减弱区的质点并不振动,即质点C不振动,而此时A点是波峰与波峰相遇,是加强点,B点是波谷与波谷相遇,是加强点。 又A、D、B三点在同一条振动加强线上,这条线上任一点的振动都是加强的,故此三点都为加强点,这样,此三点都是一会儿在波峰,一会儿在波谷。 答案: A、B、D 规律探索 1.对衍射现象的理解 (1)衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。 (2)凡能发生衍射现象的就是波。 (3)波的衍射总是存在的,只有“明显”与“不明显”的差异。 (4)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 (5)波传到孔或障碍物时,孔或障碍物仿佛一个新波源,由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播,就偏离了直线方向。 因此,波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 2.对波的干涉现象的理解 (1)波的叠加是无条件的,任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 2)稳定干涉图样的产生是有条件的,必须是两列波的频率相同、相差恒定,如果两列波的频率不相等,在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同,看不到稳定干涉图样。 (3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的,明显的干涉图样除了满足相干条件外,还必须满足两列波振幅差别不大。 振幅越是接近,干涉图样越明显。 (4)应该明确波的干涉条件中所指“振动加强的点到两波源的距离等于波长的整数倍”这一结论是有条件的,条件是: 两波源的振动情况完全相同——即两波源位置固定,振动方向平行,步调完全一致。 (5)振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动,其振幅不变(若是振动减弱点,振幅可为0),但其位移随时间发生变化。 3.怎样理解波的干涉现象中的加强区和减弱区 在波的干涉现象中,加强区是指该区域内质点的振幅A增大;减弱区域是指该区域内质点的振幅A减小。 设两个频率和步调都相同的波源单独引起的振幅分别为A1和A2,则在振动加强区中质点振动的振幅为A1+A2,在振动减弱区域中质点的振幅为|A1-A2|,不论加强区还是减弱区中的质点,都仍然在其平衡位置附近做振动,它们的振动位移仍随时间发生周期性变化。 因此,某一时刻,加强区域中质点的位移有可能小于减弱区域中质点振动的位移,若A1=A2,则减弱区中质点的振幅为零,不振动。 【例4】下列关于波的衍射的说法正确的是( ) A.衍射是一切波特有的现象 B.对同一列波,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时,衍射现象明显 C.只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象 D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大 【答案】A、B、D 【解析】衍射是一切波特有的现象,所以选项A对C错;发生明显的衍射现象是有条件的,只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象,所以选项B是正确的;声波的波长在1.7cm到17m之间,一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比,正是由于声波波长较大,声波容易发生衍射现象,所以选项D也是正确的。 对应练习 4、当两列振动情况完全相同的水波发生干涉时,如果两列波的波峰在P点相遇,下列说法正确的是( ) A.质点P的振动始终是加强的B.质点P的振幅最大 C.质点P的位移始终最大D.质点P的位移有时为零 【答案】A、B、D 【解析】由于P点是两列波的波峰相遇点,故质点P的振动始终是加强的,其振幅等于两列波的振幅之和。 但质点P并不停在波峰或波谷不动。 它不断地围绕自己的平衡位置往复运动,故其位移有时为零。 课后作业 1.一列水波穿过小孔产生衍射现象,衍射后水波的强度减弱是因为() A、水波的波长增大B、水波的周期增大 C、水波的频率减小D、水波的振幅减小 2.如图所示,S为波源,M、N为两块挡板,其中M板固定,N板可上下移动,两板中间有狭缝。 此时,测得A点没有振动,为了使A点发生振动,可采用的方法是() A、增大波源频率B、减小波源频率 C、将N板向上移动一些D、将N板向下移动一些 3.下列说法中正确的是() A.衍射是一切波特有的现象B.对同一列波,障碍物或小孔越小衍射越明显 C.听到回声是声波的衍射现象D.听到回声是共鸣现象 4.一列水波穿过小孔产生衍射现象,衍射后水波的强度减弱是因为() A.水波的波长增大B.水波的周期增大 C.水波的频率减小D.水波的振幅减小 5.在做水波通过小孔衍射的演示实验时,激发水波的振子振动频率为5Hz,水波在水槽中传播速度为0.05m/s,为使实验效果更明显,使用小孔直径d应为m。 6.一个波源在绳的左端发出半个波a,频率为f1,振幅为A1,同时另一个波源在绳的右端发出半个波b,频率为f2,振幅为A2,P为波源的中点,在下列说法中正确的是() A、两列波同时到达两波源的中点P B、两列波相遇时,P点波峰值可达A1+A2 C、两列波相遇后,各自仍保持原来的波形传播 D、两列波相遇时,绳子上的波峰可达A1+A2的点只有一点,此时在P点的左侧 7.将一只小瓶立于水波槽中,在槽中激发水波,若想在瓶子后面看到水波绕进的现象,激发水波的振子振动频率大写好还是小些好? 为什么?
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 选修 34124 衍射 干涉 教案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)