高中物理教案《波的干涉》

《波的干涉》教学设计
一、教材分析
本节课是高中物理第二册第十章第六节的内容,波的干涉和波的衍射是波动所特有的现象.对于干涉和衍射现象的学习能加深对波动本质的认识.对本节课的学习也为后面光的本性的学习打下基础.所以这节课有承上启下的作用.另外在近几年高考的试题中关于波的干涉这个知识点经常出现.因此我认为本课在教学占有很重要的地位.
二、教材知识结构
本教材对波的干涉的讨论分三个层次进行展开教学
(一)通过对实际问题及实验现象的观察定性说明了波的独立传播特性.
(二)运用矢量叠加原理分析两列波叠加的情形,得出叠加原理.
(三)观察波的干涉实验运用波的独立传播特性和波的叠加原理分析干涉现象,得出两列波发生干涉条件和干涉图样的特点
第(一)(二)两个层次的内容是学习第三个层次内容的辅助知识,不是教学的重点,第三个层次的知识是本节课学习的重点.因为波的干涉图样是一种动态的稳定,稳中有动的现象,这对学生的思维能力及空间想象能力要求较高，因而是教学的重点
二、设计思想
“波的干涉”一节是高一物理教材中学生们感到较难理解的部分，难点在于对波的叠加原理的理解、干涉图样的解释。

要突破难点，必须做好实验，“发波水槽实验”显现明显，并运用多媒体课件进行模拟演示可较好地解决这一问题。

教学过程中两处应用到多媒体课件。

一是用于表现两个单波在相向而行过程中叠加的情况，波的叠加现象在实验中较难演示，“绳波的叠加实验”中几乎看不到现象。

本课采用的“发波水槽实验”观察两个波峰的叠加现象较明显，但波峰与波谷、波谷与波谷的叠加情况则无法看到；此外，波的叠加过程非常快，不便对照讲解，也不能定量地看到叠加过程中每一质点的位移与原来两峰引起位移间的关系。

要让同学们对波的叠加现象有一个全面的、准确的认识，就需要借助多媒体课件模拟这一叠加过程。

本课中另一处借助多媒体表现了动态
的干涉图样，当同学们通过“发波水槽实验”观察到水波的干涉现象后，要将这一图样解释清楚，单靠课本上虚、实相交的示意图比较困难。

例如，要同学们认识到振动加强（或减弱）带上的质点随着波的推进始终振动加强（或减弱），静态的示意图就很难表现，但在多媒体动态图样上，就可在振动加强（或减弱）带上任选一个质点让同学们观察随着波的推进这一点始终是振动加强（或减弱）的。

多媒体的采用可使同学们更加直观、形象地理解波的干涉图样。

物理学是一门实验的科学，物理知识来源于生活实践，应用于生活实践，因此教学中应着重于如何设计好实验，并采用各种手段使实验现象更加明显、易于讲解，其中多媒体模拟课件就是一个非常有效的辅助手段。

在本课的设计中基本上是以演示实验和学生实验为基础，再加上多媒体课件，二者有机地结合在一起，优势互补、相辅相成、缺一不可。

三、教学目标设计
（1）知识目标：知道波的独立传播特性和波的叠加原理；知道波的干涉现象及产生干涉的条件；理解干涉现象的形成原理；知道干涉是一切波的特性。

（2）能力目标：培养学生观察，比较，归纳及空间想象能力。

（3）情感目标：培养学生积极参与，相互协作的团队精神及探索物理现象的兴趣。

四、教学程序设计
1．新课引入，激发学习兴趣
向同学们展示我国古代的发明之一——鱼洗盆喷水的现象，并请大家说说鱼洗盆的设计可能包含哪些原理。

一方面可激发大家强烈的学习兴趣，另外让大家对我国古代人民在振动与波方面的造诣有所了解，激起民族自豪感。

2．波的叠加原理
两个相同运动的球，相遇后结果如何？（分别弹回）两个波相遇后结果又如何呢？
［演示实验］
发波水槽，先请同学注意观察两个水波相遇时波峰的变化情况（产生了一个更大的波峰），再请同学注意观察两波相遇后的情况（两波保持原来状态各自继续向前传播，就像未曾相遇过一样）。

这一演示实验真实、直观、现象明显，可以让同学对两峰叠加时波峰明显增大留下深刻印象。

但水波的叠加过程非常快，不便对照讲解，也不能定量地看到叠加过程中每一质点的位移与原来两峰引起位移间的关系，这就需要借助多媒体课件模拟这一叠加过程。

[多媒体演示]
a．暂停在波峰与波峰相遇的某一时刻，指出叠加后每一质点的位移为原来两波引起位移的矢量和。

b．引导学生自己分析波峰与波谷、波谷与波谷相叠加的情况；并用多媒体课件演示这两个过程。

真实的实验中波谷是很难观察到的，这里多媒体课件填补了这一缺憾。

[小结波的叠加原理，定义振动加强与振动减弱] 这一过程帮助学生将感性的现象定格为物理规律。

[分析两列频率、振幅相同波的叠加]
a.设问：假使有两列振动频率相同、振幅相同的波连续不断的相向传播，叠加的情况怎样呢？黑板上所画的两列相向而行的波恰好处于完全叠加的状态，请大家根据上面所学的叠加原理画一下叠加后的波形．随着两列波继续推进，叠加情况如何呢？
这一阶段让学生讨论，一方面可使同学学会应用波的叠加原理去画叠加后的波形图，另一方面为后面的分析打下基础。

b.分析相向而行的频率和振幅相同的两列波一个周期内叠加情况（图1），提出振动加强点、振动减弱点，并指出它们是相互间隔的。

这一过程中，要注意与学生的互动性，多采用启发式语言，引导同学利用波的叠加原理、联系有关旧知识，弄清两列波在相向传播的过程中加强点与减弱点的运动情况有何异同。

图1
3．波的干涉现象
[学生实验]利用发波水槽的双头振源，由于两根振针固定在同一振片上，因此振动起来频率相同，放在水波盘中，接通电源后能产生明显的干涉图样。

这一实验操作简单，现象稳定。

同学通过自己操作，细心观察、比较接通电源前后水面的现象的变化，描述观察到的现象，可培养学生的观察力、表述力；实验中也培养了学生相互协作的习惯。

[描述现象]帮助学生抓住干涉图样的主要特征：图样稳定，振动加强区域与振动减弱区域交替出现。

[解释现象］启发学生用我们所学的波的叠加原理来解释水波的干涉图样，提供给每组同学一张印有两个实线与虚线相间同心圆的明胶片（图2），用来表示两列水波某一时刻的
叠加图样。

请他们分别用红笔和黑笔描出其中的振动加强点和振动减弱点，并讨论这些点的分布有什么规律可循；引导同学画出振动加强带和振动减弱带，指出它们是相互间隔的，与观察到的水波干涉图样相一致。

图2
[多媒体演示] 从多媒体模拟课件上同学们可以看到动态的图样，认识到振动加强带上的质点，随着波的推进始终是振动加强的，振动减弱带上的质点的振动，始终是振动减弱的；从而对波的干涉的理解更加完整。

[讨论波的干涉产生条件] 让同学用手动振动头去替代双头振源中的一个，重复前面的实验，讨论产生波的干涉现象需要什么条件。

[小结波的干涉现象]
4．小练习
通过练习进一步巩固波的干涉图样的知识，及时反馈学生掌握情况。

5.干涉是一切波的特性之一
[演示声波的干涉现象] 将音叉固定，旁边装一个可绕其转动的话筒，敲击音叉，同时转动话筒，可听到声音有明显的强弱变化。

可见声波也有干涉现象，干涉是一切波的特性之一。

6．有关鱼洗的介绍
再回到喷水鱼洗，除了前面同学们提到的知识，这里面还有波的叠加和干涉。

给学生提供一些有关资料可供他们进一步学习和探索。

7．课堂总结
本节课我们学习了波的叠加和波的干涉。

两列波相遇时，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与两列波引起的振动，质点的位移等于两列波单独传播时引起的位移的矢量和。

频率相同的波，叠加时形成某些区域的振动始终加强，另一些区域的振动始终减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔，这种现象叫做波的干涉。

形成的图样叫做干涉图样。

一切波都能发生干涉，干涉是波的特有现象。

五、教学流程图
六、板书设计
（一）波的叠加原理
1. 波的独立传播特性
2. 波的叠加原理
（二）波的干涉
1. 波的干涉
频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强、某些区域的振动减弱，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。

2. 波的干涉图样
在干涉现象中形成的图样叫做干涉图样。

3. 产生波的干涉的条件
两列波的频率相同。

一切波都能发生干涉，干涉和衍射是波特有的现象。

七、教学反思
1．波的干涉实质上是波的一种特殊的叠加现象，所以理解波的叠加现象是认识波的干涉现象的基础．这里关键是理解两列波相遇而发生叠加时，对某一质点来说，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和．
2．在学生理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时，叠加的结果就会出现稳定的特殊图样（即“干涉图样”）──某些点两列波引起的振动始终加强，某些点两列波引起的振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔．这就是干涉现象．
对于干涉现象的理解，需要一定的空间想象力，有的学生一下子不容易理解，应适当给予指点．有条件的，还可借助多种教学手段（如多张图片，多媒体演示等），尽可能形象、直观地帮助学生理解和想象．
3．与对衍射现象的要求相同，高中阶段对干涉现象也不从理论上进行讨论．教学中要注意掌握教学要求，避免增加难度。

如课本中只是就产生干涉的特殊情况，即振源的振动步调相同（同相位）的情况叙述了波的干涉，而没有强调“相干条件”，教学中也不宜补充．波的干涉的内容是比较抽象的内容，通过实验进行教学探究波的干涉的特点，激发了学生的学习热情和学习兴趣，降低了接受的难度；同时结合生活实例，又让学生感受到物理来源于生活又服务于生活。

从以上两点让学生感受到学习物理不仅仅是考学的需要，更重要的是生活的需要。