資源簡介

3.4 波的干涉---教學評大單元分課時教學設計
課 題 3.4 波的干涉
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間 2023年 月 日
教學內容分析 干涉是波特有的現象，也為后面學習光的衍射做鋪墊。課本從實驗演示、觀察和實驗現象的分析入手得出結論。無論是疊加還是干涉，為了有助于學生感性認識和理解，在實驗的基礎上還要增加動畫演示。其中波的相干條件是學習的難點，教學是注意把握難度。
學習者 分析 學生的思維基礎：已經具備一定的抽象思維和歸納推理以及演繹推理的能力。 學生的知識基礎：學生已學習過機械波的相關概念。 學生的能力基礎： 1.能夠描述生活中波的現象。
教學目標與核心素養 物理觀念∶知道波的疊加原理，波的干涉是波的疊加的結果。 科學思維∶通過對波的疊加及波的干涉現象的學習，培養學生空間想象的思維能力。 科學探究：通過分析視頻、演示實驗，體會波的疊加規律及干涉規律，引導學生養生多觀察、多思考樂于探究事物本質的學習習慣。 科學態度與責任∶通過波的疊加分析，培養嚴謹的科學態度。
教學準備 教學用多媒體課件、相關實驗器材
活動設計
教學內容 教師活動 學生活動 評價任務
【創設情景 引入課堂】
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？ 用一盆水來做演示。 教師通過提問的方式引入新課，引發學生思考。 教師演示水波（用一盆水演示） 回顧有關波的知識 認真觀察教師演示實驗 通過回憶前面所學波的相關知識，幫助學生鞏固所學知識，并引入波的疊加。
探索新知： 知識點一：波的疊加
（一）波的疊加 以前你學過兩個小球相遇，會發生碰撞，改變各自的運動狀態。 問題：那兩列波相遇，他們的運動狀態會改變嗎？ 展示生活中的一些波相遇的情況，來思考一下這個問題。比如你可以同時聽到各種樂器的聲音，電視可以接到各個電視臺的廣播節目等。 這一切事例，都表明不同的波會同時在介質中傳播，在他們相遇后仍能保持各自原來的頻率，波長，振幅和傳播方向不變。就像沒有遇到其他波一樣。波的這個特性被稱作波的獨立傳播原理。 獨立傳播原理：相遇后仍能保持各自原來的頻率，波長，振幅和傳播方向不變。 用繩波來演示一下這個獨立傳播原理。 演示：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。 觀察兩列波的傳播情況。 現象：他們向對方傳播，當他們在中間相遇后，彼此穿過，繼續傳播，播的形狀和傳播情況都和相遇前一樣。 通過動畫再一次演示一遍，加深印象。 思考：在波相遇的瞬間，質點的振動是什么樣的呢？ 以這個P點為例，再來看一下慢動作，兩列波在中間相遇了，如果只有波峰1傳到p點，位移是y1。當波谷2傳到P點，其位移是y2，最終p點的位移是y1減去y2。也就是說兩列波相遇時，每一個質點振動的位移等于兩列波單獨傳播時的位移的矢量和。這就是疊加原理。 疊加原理：兩列波相遇時，每一個質點振動的位移等于兩列波單獨傳播時的位移的矢量和。 波的疊加原理和獨立傳播原理，在兩列波相遇時，質點的位移等于它們各自位移的矢量和，而在相遇后，他們會按照各自的特性，互不干擾繼續前進。 課堂練習 例1：在這個繩波左端波1的振幅是A1，另一端的波2的振幅是A2且AP=PB，則下列哪個選項是正確的（ ） A.兩列波同時到達P點 B.兩列波相遇時，P點的波峰可達（A1+A2） C.兩列波相遇后各自保持原來波形獨立傳播 D.兩列被相遇時，繩上振幅可達（A1+A2）的質點只有一點 教師引導學生通過已有的知識思考 那兩列波相遇，他們的運動狀態會改變嗎？ 展示生活中波相遇的情景，比如你可以同時聽到各種樂器的聲音 教師通過提問，聽音樂，生活中波的疊加現象引導學生分析得出結論。 獨立傳播原理：相遇后仍能保持各自原來的頻率，波長，振幅和傳播方向不變。 教師視頻演示機械波的疊加。引導學生觀察實驗現象。 教師提問：思考：在波相遇的瞬間，質點的振動是什么樣的呢？ 教師引導學生分析現象，師生共同總結得出疊加原理 疊加原理：兩列波相遇時，每一個質點振動的位移等于兩列波單獨傳播時的位移的矢量和。 教師展示課堂練習 引導學生思考 對學生學習情況進行面批 思考教師所提出的問題，以小組形式得出小組答案。 認真思考對比生活中波相遇的情況，分析兩列波的傳播情況。 積極參與到教師的課堂中來，認真思考、得出自己的結論。 認真觀察動畫， 總結實驗現象 通過動畫的觀察，思考教師剃齒的問題， 積極參與，認真分析，隨教師共同總結疊加原理。 認真完成課堂練習，積極參與到課堂中來。 通過觀察思考所學的知識碰撞，由此教師引導學生思考波相遇時運動狀態是否也發生變化。引起學生思考。引起學生認知沖突。由此介紹波的傳播的獨立性 通過教師的總結，學生思考最后得出波傳播的獨立性 通過動畫演示實驗，學生觀察實驗現象。教師引導共同得出波的疊加原理。 以小組交流討論的方式進行討論，使學習效率得到提高。 學生展示小組討論成果，充分培養學生語言表達能力。 現學現用，能夠提高對知識的引用。同時通過面批的方式，師課堂教學效率得到極大的提高。
探索新知： 知識點二：波的干涉
思考：兩列周期相同的波相遇時，在它們重疊的區域里會發生什么現象？ （三）波的干涉 演示：觀察水波的干涉 水槽中，波源是固定在同一個振動片上的兩根細桿，當振動片振動時，兩根細桿周期性地觸動水面，形成兩個波源。這兩個波源發出的是頻率相同的波。兩列波的振動方向也 相同，水面質點的振動都沿上下方向。由于兩根細桿是同步振動的，所以它們振動的相位 差保持不變（總是0）。 視頻展示。 現象：當振動片兒振動時，兩個細桿會周期性的接觸水面，形成兩個波源。在兩個波源發出波的重疊區域會形成這種條紋相間的情況，這種現象叫做波的干涉。 經過觀察，這兩個相間的區域分別是振動加強區和振動減弱區，這兩個區域是固定的。 思考：那為什么會形成這種現象呢？ 用這幅圖來為你詳細解釋一下。用兩組同心圓表示，兩列波，波源是S1和S2，藍線代表波峰，黑線代表波谷，相鄰兩個同心紅線的距離就等于一個波長。在兩個波的波峰與波峰相遇的點，他的位移就是兩列波的振幅之和，這個點標為M點。 以此時刻為初始時刻建立直角坐標系，分別畫出兩列波在M點的振動圖像，綠線代表波源S1的波傳播到M后，M的振動情況。紫線代表波源S2的波傳播到M點后，M的振動情況，將兩個振動圖像移到同一個坐標系中，M的振幅就是兩列波的最大位移的適量和。可以看出它的振動總是最劇烈的，我們把這種點稱作加強點。 再回到這樣個圖中，找到兩列波的波峰和波谷相遇的點，這個標為N點，在此時刻初始時刻建立直角坐標系，分別畫出兩波在N點的振動圖像 將兩個振動圖像移到同一個坐標系中，兩列波的位移一直是等大反向的。那N的位移就一直是零，它的振動總是脆弱的，我們把這種點稱作減弱點。 加強點與減弱點的的分布 在干涉的示意圖中，這幾條是加強點的連線，而這幾條是減弱點的連線，你知道加強點和減弱點的分布特點嗎？ 首先我們已經知道波源是這兩個細桿形成的，這兩根細桿兒又連接在同一個振片上，所以這兩個波源的頻率和相位都相同。 從圖中可以看出這個加強點M到右波源S2的距離是3λ，到左側波源S1的距離是5λ。我們把這種質點到波源的距離稱作波程，用字母r表示。即 波程（r）：質點到波源的距離。 而質點M到兩個波源的波程差就是兩倍的波長即： r=2λ。 用M點的振動圖像來探究一下。因為M的波程差是兩倍波長，所以兩個波傳播到M的時間差就是兩個周期。即S1的波傳播到M點時S2的波已經在M點完成了兩個整振動。此后兩列波在M點的振動恰好是同步的，這正好是加強點的特性。 再比如這個A點到S1的波程是2λ，到S2的波程是3λ。所以他的過程差就是一個波長，那兩列波傳播到A點的時間差就是一個周期，也就是說兩個波在A點的振動也是同步的。不難發現對于這種頻率和相位都相同的波源到兩列波的波程差等于波長整數倍的點，都是加強點。即 加強點： r=nλ（n=0.1.2.3） 找到了其他強點的規律，再來看看減弱點。 以點N為例，他到S2的波程是3.5λ，到S1的波程是5λ，它的波程差就是 r=1.5λ，那兩個波傳播到N點的時間差就是1.5倍周期。從振動圖像來看S2的波在N點完成一個半整振動，S1的波傳到了N點。此后的振動是這樣的，兩列波在N點的振動都是反向的，那這個點就是減弱點。顯然對于頻率和相位相同的波員，當波程差是半波長的奇數倍時兩列波在該點的振動一定會是相反的，這個點就是減弱點。即 減弱點： 在這幅圖中用實現將加強點連接起來，再用虛線將減弱點連接起來，這樣就形成了加強和減弱區。其中在加強區兩列波引起的振動總是相互加強的，而在減弱區兩列波引起的振動總是相互削弱的。 結論： 頻率相同,振動方向相同,相差恒定的兩列波疊加，使某些區域的振動始終加強，某些區域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔這種現象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。 做一做：聲音干涉 安裝兩個相同的揚聲器，并且使它們由同一個信號源帶動，發出相同頻率的聲音。 同學們分成兩組，手持不同顏色的標志（如A 組持白，B 組持黑），分散在兩個揚聲器之 間，注意聽揚聲器發出的聲音，并且小范圍地移動。A組同學移動到聲音最大位置停住， B組同學移動到聲音最小（或聽不到聲音）位置停住。找到位置后都把標志舉起，看看A 組和B組同學所在位置的分布有什么規律。 主動降噪技術 噪聲會影響我們的日常生活，人們通常在聲源處、傳播過程中以及人耳處采取措施，以控制噪聲。主動降噪技術使我們擺脫噪聲的困擾，它不僅能夠營造安靜的生活氛圍，而且能夠在機場等強噪聲場景下保護人們的健康。 提出問題：兩列周期相同的波相遇時，在它們重疊的區域里會發生什么現象？ 教師演示實驗學生觀察實驗 教師提出問題 大家看到什么現象？ 教師總結現象 當振動片兒振動時，兩個細桿會周期性的接觸水面，形成兩個波源。在兩個波源發出波的重疊區域會形成這種條紋相間的情況， 總結波的干涉現象的定義 教師提出問題 為什么加強區和減弱區會是固定的呢？ 我什么會形成這種現象呢？ 展示波的干涉圖樣 教師解釋形成這種現象的原因 震動圖像的分析 教師提問 在干涉的示意圖中，這幾條是加強點的連線，而這幾條是減弱點的連線，你知道加強點和減弱點的分布特點嗎？ 通過教師的分析總結加強點和減弱點形成的原因 引導學生得出加強點的表達式 r=nλ 通過分析得出減弱點的表達式 教師引導學生得出結論，頻率相同,振動方向相同,相差恒定的兩列波疊加，使某些區域的振動始終加強，某些區域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔這種現象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。 教師引導學生進行小組合作的方式，討論生活中波的干涉現象； 干涉現象在生活中的應用介紹 認真思考教師所提出的問題， 觀察實驗，觀察現象，和教師一起總結實驗現象。 認真總結，得出波的干涉現象的定義 思考教師提出的問題 表達自己的觀點 認真觀察干涉圖樣，分析干涉圖樣產生的原因 思考、理解干涉圖樣產生加強區和減弱區的原因以及表達式 分析解釋生活中的干涉現象。 收集干涉現象在生活中應用的實例，了解生活中的干涉現象。 通過提問引起學生的思考，重疊區域會發生什么樣的現象，引起學生的認知沖突，然后通過實驗觀察驗證學生的猜想。 通過實驗驗證學生的猜想，同時引導學生分析總結出波的干涉的定義。 教師提出問題，學生思考為什么會形成這種現象？教師展示干涉圖樣，逐步分析現象得出結論。培養學生輪機推理能力。 通過分析得出加強點的表達式和減弱點的表達式，通過數學表達式分析，使得結論更具有說服力 通過實驗聲音的干涉讓學生體會干涉現象 通過讓學生收集相關的材料，了解生活中干涉現象的應用。培養學生將物理知識應用到實際生活中的能力。
課堂小結 教師提問：今天我學到了什么？ 學生自己完成教師展示學生成果
主板書設計
3.4波的干涉 一、波的疊加 ①獨立傳播原理：相遇后仍能保持各自原來的頻率，波長，振幅和傳播方向不變。 ②疊加原理：兩列波相遇時，每一個質點振動的位移等于兩列波單獨傳播時的位移的矢量和 二、波的干涉 頻率相同,振動方向相同,相差恒定的兩列波疊加，使某些區域的振動始終加強，某些區域的振動始終減弱，并且振動加強和振動減弱的區域互相間隔這種現象叫做波的干涉，形成的圖樣叫做干涉圖樣。
教學反思

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