資源簡介

3.2 波的描述
教學設計
備課人 學科 物理
課題 3.2 波的描述
教學內容分析 干涉是波特有的現象，也是學生今后學習光的干涉的基礎。但是，學生對與干涉相關的現象缺乏觀察。教材以生活中常見的水面漣漪作情境，促使學生思考：“復雜而美麗的圖案是怎么產生的？”引導學生從物理學的視角觀察自然現象，產生對自然界的好奇心。 兩列波相遇，首先應弄清單列波引起的某質點振動情況以及波的傳播情況，其次是兩列波在疊加區域各質點的振動情況，就某一時刻來說，應該確定疊加區域各質點的位移大小，在此基礎上才能對兩列波疊加過程中的振動加強與減弱形成認識，并將其應用到滿足相干條件下的干涉現象的研究中，以幫助學生加深對“波是振動形式的傳播”的認識。高中階段對干涉現象不要從理論上進行討論，應從實驗的角度加強感知，教學中要注意把握教學要求，避免增加難度。
學情分析 波的干涉是波的一種特有現象，對這方面知識的理解也有利于今后其他物理相關知識的學習和掌握。教材上，把這一節學習放在波的形成與傳播知識在學生的頭腦中確立之后進行，學生就有了對波的干涉等這些現象進行分析的知識基礎和方法基礎。作為高二理科的學生，對自然現象好奇心強，學生已經學過運動和力等矢量的合成分解，以及振動和波的基礎知識，為認識波疊加原理有了一定的基礎。學生能夠進行簡單的圖像分析。
教學目標 1.了解波的疊加原理，了解波的疊加過程中質點的合位移。 2.從振動角度認識振動加強區域和減弱區域。 3.通過實驗，認識波的干涉現象和干涉圖樣。 4.知道干涉現象是波特有的現象，了解波發生穩定干涉的條件。
教學重難點 1.教學重點：知道波的疊加原理，了解波的干涉條件及干涉現象，并學會利用干涉定律解釋生活中的的相關現象。 2.教學難點：波的疊加現象，波的干涉規律。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
新課導入 播放視頻：在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復雜而美麗的圖案。這種圖案是怎樣產生的？ 在介質中常常有幾列波同時傳播。兩列波相遇時，會不會像兩個小球相碰時那樣，改變各自的運動特征呢？ 演示實驗：觀察波的疊加現象 在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，在繩上分別產生相向傳播的兩列波（圖甲）。觀察兩列波的傳播情況。 你能大致畫出該過程的波形圖嗎？ 開始相遇 相遇中 開始分離 分離后 兩列波相遇后，有什么規律？ 學生觀看視頻，并嘗試思考回答問題和其他同學交流。 學生稍作思考，在學案上留下答案。 激發學生思考問題。
新課教學 一、波的疊加 （一）波的疊加 請結合上述實驗，總結兩列波相遇后，有什么規律？ 1.波傳播的獨立性：幾列波相遇之后， 仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續前進，好像沒有遇到過其他波一樣互不干擾。 2.波的疊加原理：當幾列波在傳播過程中相遇時，相遇區域每一點的振動等于各列波單獨傳播時在該點引起的振動的矢量和。 請總結波的加強點和減弱點的規律？ 有些點兩列波振動情況完全相同，稱為加強點有些點兩列波振動情況完全相反，稱為減弱點 如果兩列波振幅相同，則加強點振幅為2A，做大幅度振動，但并不表示始終處于位移最大處；減弱點始終靜止不動的，位移為0 （二）生活中波的獨立傳播和疊加 波的疊加和獨立性規律在日常生活中有哪些應用？ 1.開會時，大家討論的面紅耳赤，會議室內聲音特響，但還是能區分出每一個人的說話聲音。 2.紅綠光束空間交叉相遇(紅是紅、綠是綠，…) 3.空中無線電波很多(仍能分別接收各個電臺) 學生根據實驗結合課文閱讀總結兩列波相遇以后的規律。 學生回答加強點和減弱點的規律。 學生回答問題并與其他同學交流。 鍛煉學生實驗歸納能力和課文閱讀歸納能力。 學生歸納家加強點和減弱點的規律。 學會用所學知識分析生活問題
二、波的干涉 兩列頻率相同的波相遇時，在它們重疊的區域會發生什么現象呢？我們先觀察下面的現象。 現象：兩列頻率相同的水波相遇后，在它們重疊的區域里出現了一條條從兩個波源中間伸展出來的相對平靜的區域和激烈振動的區域，這兩種區域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。 如何解釋實驗現象？ （二）實驗解釋 加強的解釋： 如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波峰相遇，經過半個周期，就變成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇時，質點的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點，始終是兩列波干涉的加強點，質點的振動最激烈。 減弱的解釋： 如果在某一時刻，在水面上的某一點是兩列波的波峰和波谷相遇，經過半個周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點，兩列波引起的振動始終是減弱的，質點振動的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質點振動的振幅就等于零，水面保持平靜。 （三）光的干涉 振動加強區的質點振動的振幅為多大？振動減弱區的質點振動的振幅為多大？ 振動減弱區：振動的振幅等于兩列波振幅之差。 振動減弱區：振動的振幅等于兩列波振幅之差。 加強區和減弱區的質點偏離平衡位置的位移始終不變嗎？ 加強區和減弱區的質點偏離平衡位置的位移不是始終不變。而是振動加強區域的質點，其位移始終保持最大。振動減弱區域的質點，其位移始終保持最小。 若兩列波的振幅相等，減弱區的質點是否還會離開平衡位置？ 振動減弱點的振動始終是減弱的；它并不總是處于平衡位置，它也在平衡位置附近振動.只有當兩個波源的振幅相等時，才位于平衡位置. 若兩列波的的頻率和相位差不相同，你認為在相互疊加時，能否出現穩定的相間的加強和減弱區呢？ 如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區域。 如何才能形成像上述實驗現象一樣的穩定的加強和減弱的穩定圖樣呢？ (1)兩波源的頻率相同。 (2)振動方向相同。 (3)相位差恒定。 （四）波的干涉規律 1.S1和S2兩波源到加強點M到距離只差與波長有什么關系？ 若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，加強點與兩個波源的距離差： △S=S1-S2=2n λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……） 2.S1和S2兩波源到其他加強點到距離只差與波長有什么關系？你從中可以發現什么樣的規律？ 若兩個波源的振動頻率和振動步調相同，減弱點與兩個波源的距離差：△S=S1-S2=（2n+1） λ/2 ( n=0，±1，±2，±3……） 振動加強點和減弱點滿足的條件： 若兩個波源的振動頻率和振動步調相同 (1)加強點與兩個波源的距離差： （n=0，±1，±2，±3……） 加強點與兩個波源的距離差是半波偶數的整數倍 減弱點與兩個波源的距離差： （n=0，±1，±2，±3……） 減弱點與兩個波源的距離差是半波奇數的整數倍 若兩個波源的振動頻率和振動步調相反 減弱點與兩個波源的距離差： （n=0，±1，±2，±3……） 減弱點與兩個波源的距離差是半波偶數的整數倍 (2)加強點與兩個波源的距離差： （n=0，±1，±2，±3……） 加強點與兩個波源的距離差是半波奇數的整數倍 學生觀察視頻并記錄實驗現象。 學生解釋實驗現象并與其他同學交流。 學生逐一回答問題。 學生歸納問題，總結波的干涉和疊加規律。 培養學生觀察實驗能力。 不是老師包講而是學生現總結培養學生總結歸納能力。 避免知識一下子出來而不符合學生理解。 加強學生對知識的歸納能力。
三、波的多解性 思考與討論 思考與討論：圖中實線為t＝0時刻的波形圖，虛線為t＝0.1 s時刻的波形圖。據此能否判定波的傳播方向？ 在學生思考基礎上，引領學生總結： （二）波的多解問題 1．造成波動問題多解的主要因素 (1)周期性 ①時間周期性：相隔周期整數倍時間的兩個時刻的波形圖完全相同，時間間隔Δt與周期T的關系不明確造成多解． ②空間周期性：沿傳播的方向上，相隔波長的整數倍距離的兩質點的振動情況完全相同，質點間距離Δx與波長λ的關系不明確造成多解． (2)雙向性 對給定的波形圖，波的傳播方向不同，質點的振動方向也不同，反之亦然。 ①傳播方向雙向性：波的傳播方向不確定． ②振動方向雙向性：質點振動方向不確定． 2．波動問題的幾種可能性 (1)質點達到最大位移處，則有正向和負向最大位移兩種可能。 (2)質點由平衡位置開始振動，則有起振方向向上、向下(或向左、向右)的兩種可能。 (3)只告訴波速不指明波的傳播方向，應考慮沿x軸正方向和x軸負方向兩個方向傳播的可能。 (4)只給出兩時刻的波形，則有多次重復出現的可能等。 3．解決波的多解問題的方法 (1)解決周期性多解問題時，一般采用從特殊到一般的思維方法，即找出一個周期內滿足條件的關系Δ t或Δ x，若此關系為時間，則t ＝ nT＋ Δ t(n ＝ 0，1，2，…)；若此關系為距離，則x ＝ n λ＋Δ x(n ＝ 0，1，2，…)。 (2)解決雙向性多解問題時,養成全面思考的習慣，熟知波有向正、負(或左、右)兩方向傳播的可能，質點有向上、下(或左、右)兩方向振動的可能。 現在你可以回答思考與討論了嗎？ 提示：只知道兩個時刻的波形,不能判斷波的傳播方向。圖示波形中,若0.1s=(n+ )T,可判定波向-x方向傳播，若0.1s=(n+ )T,可判定波向+x方向傳播。 學生充分思考并寫下自己的答案。 學生回答空白部分。 學生修正自己答案并交流。 先讓學生充分思考，激發學生深入思考。 簡化思考難度，引導學生思考。 學以致用，引導學生學會分析問題。
課堂總結
板書設計 第2節 波的描述
作業設計 作業分為兩塊，一是課堂練習，旨在對本堂課學習中動量的概念和實驗思路進行檢測，一是分層練習，分層次的訓練學生對知識的掌握情況。
教學反思與評價 “波的干涉”是高中物理教材中學生們感到較難理解的部分，難點在于對波的疊加原理的理解、干涉圖樣的解釋。要突破難點，必須做好實驗， “發波水槽實驗”現象明顯，并運用多媒體課件進行模擬演示可較好地解決這一問題。 教學過程中兩處應用到多媒體課件。一是用于表現兩個單波在相向而行過程中疊加的情況，波的疊加現象在實驗中較難演示，“繩波的疊加實驗”中幾乎看不到現象。本課采用的“發波水槽實驗”觀察兩個波峰的疊加現象較明顯，但波峰與波谷、波谷與波谷的疊加情況則無法看到；此外，波的疊加過程非常快，不便對照講解，也不能定量地看到疊加過程中每一質點的位移與原來兩峰引起位移間的關系。要讓同學們對波的疊加現象有一個全面的、準確的認識，就需要借助多媒體課件模擬這一疊加過程。 本課中另一處借助多媒體表現了動態的干涉圖樣，當同學們通過“發波水槽實驗”觀察到水波的干涉現象后，要將這一圖樣解釋清楚，單靠課本上虛、實相交的示意圖比較困難。例如，要同學們認識到振動加強（或減弱）帶上的質點隨著波的推進始終振動加強（或減弱），靜態的示意圖就很難表現，但在多媒體動態圖樣上，就可在振動加強（或減弱）帶上任選一個質點讓同學們觀察隨著波的推進這一點始終是振動加強（或減弱）的。多媒體的采用可使同學們更加直觀、形象地理解波的干涉圖樣。 利用靜動結合更好的展示波的疊加情況，學生理解起來就容易的多了。這是本節課最大的成功之處。 若要說到不足，就是演示水波干涉實驗時，離的遠一點的學生可能看的不是特別精確。要是教室里面有網絡的條件，用投屏效果更佳。

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