小學(xué)研究課教案
發(fā)表時(shí)間:2020-11-25研究聲波的干涉。
研究聲波的干涉──學(xué)生研究性學(xué)習(xí)案例
浙江省寧波市鎮(zhèn)海煉化中學(xué)陳君達(dá)浙江省寧波市教研室李建明
研究性學(xué)習(xí)相對通常的課堂教學(xué)而言,有獨(dú)到的優(yōu)勢,它非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。如何指導(dǎo)學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),這是一個(gè)全新的課題,也是當(dāng)前教改的熱點(diǎn),筆者也進(jìn)行了一些嘗試,現(xiàn)舉一個(gè)教學(xué)中的例子,希望能起到拋磚引玉的作用。
一、課題的提出
講授了聲波的知識后,陳明、密媛姍、何磊三位同學(xué)提出了一個(gè)很有意義的問題:
陳明:老師,波的兩個(gè)基本特征是干涉和衍射現(xiàn)象。水波的干涉和衍射現(xiàn)象體現(xiàn)了波的這兩個(gè)特征,而作為機(jī)械波的聲波也應(yīng)該具有這兩個(gè)特點(diǎn),聲波的衍射現(xiàn)象非常明顯,而聲波的干涉現(xiàn)象卻比較難以觀察到。我們能否用實(shí)驗(yàn)的方法研究一下聲波的干涉現(xiàn)象?如果能用實(shí)驗(yàn)的方法觀察到聲波的干涉現(xiàn)象,那一定非常有趣和有意義!我們想做一下這方面的工作。
陳君達(dá)老師(以下簡稱陳老師):課本沒有安排這方面的實(shí)驗(yàn),可能是因?yàn)檠菔具@個(gè)實(shí)驗(yàn)有難度。你們想做這個(gè)實(shí)驗(yàn),想法非常好,我們?nèi)χС?!你們需要什么器材,?shí)驗(yàn)室全部提供。同時(shí)為了加強(qiáng)研究力量,我們組成一個(gè)課題小組。
【教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)是學(xué)生獲得課題的源泉,教師在教學(xué)過程中,只要做有心人,根據(jù)學(xué)生提出的問題,適時(shí)加以引導(dǎo),是誘發(fā)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的重要手段?!?/p>
二、課題小組成員
學(xué)校:浙江省鎮(zhèn)海煉化中學(xué);學(xué)生:高一(1)班陳明、密媛姍、何磊;指導(dǎo)教師:物理教師陳君達(dá),實(shí)驗(yàn)教師于龍夫。
【成立課題小組一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神,另一方面也是為了更好發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,一個(gè)好的團(tuán)隊(duì)往往就是一個(gè)非常好的創(chuàng)造集體。】
三、探索過程
1.第一套方案
陳老師:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)首先應(yīng)有一個(gè)大致方案或要點(diǎn),然后逐步實(shí)施,你們準(zhǔn)備怎么著手?
【教師有意識引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和?shí)施方案。】
何磊:這個(gè)問題我們?nèi)艘呀?jīng)討論過了,做這個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵有兩點(diǎn):一是要找到相干波源;二是要找到顯示干涉的方法,因?yàn)槁暡ㄊ侵苯涌床坏降摹榇宋覀冇袀€(gè)初步方案:如圖1和圖2所示,實(shí)驗(yàn)裝置由發(fā)聲系統(tǒng)和探測系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)聲系統(tǒng)由一個(gè)帶正弦波功率輸出的低頻信號發(fā)生器,兩個(gè)間距可調(diào)的同型號小揚(yáng)聲器(阻抗為8歐的玩具小喇叭),探測系統(tǒng)由動(dòng)圈話筒和一臺(tái)多功能錄音機(jī)組成。我們的設(shè)想是這樣的:低頻信號發(fā)生器推動(dòng)兩個(gè)揚(yáng)聲器發(fā)出兩列相干聲波,在空間形成穩(wěn)定的聲波干涉現(xiàn)象,這時(shí)用移動(dòng)話筒去探測,在錄音機(jī)上應(yīng)該能聽到強(qiáng)弱變化明顯、有序的聲音。(次日)
陳老師:你們試了嗎?
密媛姍:試過了,從錄音機(jī)上聽到的聲音強(qiáng)弱變化不明顯,也就是觀察不到明顯的干涉現(xiàn)象!
【這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在教師的意料之中,讓學(xué)生親手做一下印象更深刻,教學(xué)中有時(shí)失敗比成功更能獲得良好的效果!】
陳老師:你們分析過原因了嗎?
何磊:我們認(rèn)真分析過了,實(shí)驗(yàn)原理粗看起來十分完美,其實(shí)有重大漏洞:原來是錄音機(jī)發(fā)出的聲波與揚(yáng)聲器上發(fā)出的聲波相互干擾,影響了正常干涉的觀察。我們真是太粗心了!
陳老師:那么這個(gè)問題你們是怎么解決的呢?
陳明:關(guān)鍵是要消除錄音機(jī)上發(fā)出的聲音的干擾,但要是錄音機(jī)不發(fā)出聲音的話,我們同時(shí)也就觀察(聽)不到聲波的干涉現(xiàn)象了,正當(dāng)我們陷入困境時(shí),實(shí)驗(yàn)室于老師為我們出了個(gè)主意:“示波器是用來觀察波形的常用設(shè)備,你們就用它來試一試吧!”在他的啟發(fā)下,我們又設(shè)計(jì)出了另一種實(shí)驗(yàn)方案。
【學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí),源于書本而高于書本,有時(shí)給予適當(dāng)?shù)膸椭潜仨毜?,但是有限度的,點(diǎn)到為止是一個(gè)原則。】
2.第二套方案
陳明:如圖3,我們把原來的探測系統(tǒng)改成話筒和音頻放大器及示波器組成。話筒將探測到的干涉信號通過音頻放大器放大后再用示波器顯示。
陳老師:具體試過了嗎?
密媛姍:我們在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)試驗(yàn)過,但不很理想,話筒在空間不同位置探測時(shí),發(fā)現(xiàn)話筒放在有些區(qū)域時(shí)觀察到的現(xiàn)象與理論符合得很好,在振動(dòng)加強(qiáng)區(qū),觀察到的波形的波幅較大,振動(dòng)減弱區(qū),觀察到的波形的波幅較小;在有些區(qū)域波形波幅的變化比較無序,通過反復(fù)仔細(xì)的研究,我們發(fā)現(xiàn)話筒處在桌子附近或者在柜子、墻壁附近時(shí),波形的波幅變化特別無序(常會(huì)出現(xiàn)一些新的波峰)。
【透過現(xiàn)象看到本質(zhì),在這種手腦并用、觀察與思考同步進(jìn)行的活動(dòng)過程中,學(xué)生學(xué)習(xí)的智商得到有效開發(fā),情商不斷得到升華,這種教學(xué)效果在課堂中往往是無法得到的?!?/p>
陳老師:你們考慮過這是什么原因嗎?
密媛姍:我們分析過了,其原因主要是,周圍表面比較光滑的物體對聲波的反射比較強(qiáng),對揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波具有很強(qiáng)的干擾作用,影響了對正常干涉現(xiàn)象的觀察。
陳老師:那么這個(gè)問題你們怎么解決呢?
何磊:這個(gè)問題我們也深入討論過了,做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要控制反射波,但要消除反射波是不可能的,因此我們遇到了很大的困難。
陳老師:要控制反射波,并不是要消滅反射波,只要把反射波的影響控制在很小的范圍之內(nèi),不影響觀察效果就可以了。再努力一下,希望就在眼前!
【關(guān)鍵時(shí)推學(xué)生一把!】
3.第三套方案(幾天后)
何磊:老師我們成功了!
陳老師:別急,慢慢說!
何磊:起先我們是這樣考慮的,為了減小反射波.是否可用棉布把桌面或墻面遮擋起來,或者把實(shí)驗(yàn)裝置放入類似蚊帳之類的空間內(nèi)做實(shí)驗(yàn),但由于一時(shí)材料準(zhǔn)備有困難,沒有馬上實(shí)施,后來我們在上體育課時(shí),突然想到,操場不就是一個(gè)最佳的天然實(shí)驗(yàn)環(huán)境嗎!于是一個(gè)新方案產(chǎn)生了。新方案的實(shí)驗(yàn)器材與第二套方案完全相同,僅是改變一下實(shí)驗(yàn)場所:我們把實(shí)驗(yàn)器材放到操場草坪的中央做實(shí)驗(yàn),因?yàn)椴賵龊芸諘纾車ㄖ飳Σǖ姆瓷涞挠绊懕容^小,同時(shí)草坪對反射波有良好吸收作用,這樣反射聲波的影響就可忽略,也就能順利觀察到清晰的聲波的干涉現(xiàn)象。
【一個(gè)頭腦有準(zhǔn)備的人隨時(shí)能產(chǎn)生創(chuàng)造的火花!教育的最大成功不在于教給學(xué)生多少知識,而是要讓學(xué)生成為一個(gè)頭腦時(shí)刻有準(zhǔn)備的人!】
陳老師:你們講解一下實(shí)驗(yàn)過程好嗎?
何磊:我們已經(jīng)認(rèn)真試驗(yàn)過了。如圖4,把兩個(gè)小型揚(yáng)聲器S1和S2相距68厘米放置,用頻率為f=1000Hz的低頻信號發(fā)生器推動(dòng)它發(fā)出聲波(波長為34厘米,這時(shí)揚(yáng)聲器之間的距離為2λ),這時(shí)我們用探測系統(tǒng)反復(fù)探測,測出S1和S2之間共有五處振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)(如圖4中實(shí)線所示,其中兩處在S1和S2附近沒有畫出),四處振動(dòng)減弱區(qū)(如圖4中虛線所示)。保持S1和S2間距不變,改用f=1500K的聲波做實(shí)驗(yàn)(這時(shí)S1和S2之間距離為3λ),如圖5,我們探測到了七個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和六個(gè)振動(dòng)減弱區(qū)。改變S1和S2的距離及聲波的波長,同樣得到了類似的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常清晰和穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析得出的結(jié)論完全一致!
陳老師:你們做得很漂亮,祝賀你們?nèi)〉贸晒Γ?/p>
四、匯報(bào)總結(jié)
陳老師:通過這次研究活動(dòng),你們有什么感想?
陳明:有點(diǎn)成功的感覺。
何磊:做實(shí)驗(yàn)太有趣了!比做題有意思。
密媛姍:使我學(xué)會(huì)了思考,學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,您常講的實(shí)驗(yàn)的精髓在于控制,現(xiàn)在我有點(diǎn)體會(huì)了!
【這次研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),學(xué)生很有“物理味道”地圍繞“控制”展開探索研究,并初步領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)的精髓在于控制,這是非常難得的?!?/p>
陳老師:你們真棒!下面有兩個(gè)任務(wù),一是以小論文的形式把這次活動(dòng)的體會(huì)小結(jié)一下;二是明天你們向全班同學(xué)匯報(bào)演示一下你們的成果。
【以小論文形式總結(jié),利于培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力,總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn),為下一次活動(dòng)打下基礎(chǔ);匯報(bào)演示,可以起到示范和達(dá)到共鳴的效果,利于全體學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),同時(shí)也是對學(xué)生的最好的鼓勵(lì)?!?/p>
次日課外活動(dòng)時(shí)間,三同學(xué)在操場上向全班同學(xué)演示了他們的成果。先是由密媛姍介紹實(shí)驗(yàn)的全過程,包括失敗的教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之處。然后由何磊同學(xué)操作演示。演示前,為了使實(shí)驗(yàn)更形象,更生動(dòng),事前進(jìn)行了認(rèn)真的調(diào)試,并且很有創(chuàng)意地分別用紅色小旗和白色小旗在草坪上分別標(biāo)出了振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)的位置。整個(gè)實(shí)驗(yàn)表演非常成功,充分展示了學(xué)生的聰明才智。
相關(guān)知識
波的干涉
§10-5波的干涉
【教學(xué)目的】
1、知道波的疊加原理
2、知道波的干涉現(xiàn)象、掌握產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件、能識別干涉圖樣的特征
3、知道干涉是波特有的現(xiàn)象
【教學(xué)重點(diǎn)】
疊加原理、干涉現(xiàn)象
【教學(xué)難點(diǎn)】
干涉現(xiàn)象的解釋、振動(dòng)強(qiáng)弱的物理意義理解
【教學(xué)方法】
電教法、講練法
【教具】
Flash課件《波的疊加》《波的干涉》、投影儀
干涉照片掛圖
【教學(xué)過程】
○、復(fù)習(xí)&引入
1、學(xué)生思考:什么是波的衍射?產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?
2、學(xué)生思考:怎樣理解衍射是波特有的現(xiàn)象?
3、除了同一列波在同一界質(zhì)傳播、穿越不同界質(zhì)傳播的規(guī)律外,我們還常常面臨這樣的事實(shí):在同一界質(zhì)中多列波在同時(shí)傳播,這些波之間會(huì)怎樣相互作用、最終將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?
這就是本節(jié)課要研究的波的疊加和干涉現(xiàn)象。
一、波的疊加
先看同一界質(zhì)中的兩列一維波相遇時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象——
素材:演示實(shí)驗(yàn)介紹…
配套課件展示:Flash課件《波的疊加》
學(xué)生觀察:a、波相遇時(shí)的現(xiàn)象;
b、波相遇后的現(xiàn)象?!?br>
波的疊加:幾列波在同一界質(zhì)相遇,相遇時(shí),重疊部分的界質(zhì)點(diǎn)參與幾列波引起的振動(dòng)的矢量疊加,相遇過后,各列波保持原有特征不變而繼續(xù)傳播。
課件演示照應(yīng)(演示含波峰與波谷的完整波——仍然是脈沖——疊加)
學(xué)生列舉:幾列波相遇后特征不變的事例…
答:嘈雜的教室中我們?nèi)匀荒軌虮鎰e某同學(xué)的聲音。
過渡:我們剛才研究的是不連續(xù)的脈沖波的疊加情形,如果是連續(xù)波的疊加,情況又會(huì)怎樣?
二、波的干涉
演示:水波的干涉。
學(xué)生表達(dá)觀察到的物理現(xiàn)象…
過渡:為什么會(huì)形成這樣的現(xiàn)象呢?
板圖——教材圖10-23。
說明:在“俯視圖”怎樣對應(yīng)波峰、波谷…
板圖分析:a、某時(shí)刻波峰與波峰的疊加、波谷與波谷的疊加→半個(gè)周期末了它們再疊加
b、某時(shí)刻波峰與波谷的疊加(波谷與波峰的疊加)→半個(gè)周期末了它們再疊加
提問:振動(dòng)的強(qiáng)點(diǎn)和弱點(diǎn)是交替出現(xiàn)還是固定不變?
學(xué)生總結(jié)、答問:固定不變。
我們就把這種波疊加后形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象叫做波的干涉。
提問:波的干涉現(xiàn)象是不是很普遍?譬如聲音疊加后,會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)干涉現(xiàn)象嗎?
學(xué)生:否。
那么,干涉的形成是否還需要條件呢?
回到教材圖10-23分析——如果波源S1和S2所激發(fā)的波的波長不同
a、某時(shí)刻是否會(huì)形成規(guī)則的強(qiáng)弱分布?
b、半個(gè)周期后,強(qiáng)弱點(diǎn)的分布是否還在原處?
設(shè)問:波長不同時(shí),是否能形成干涉現(xiàn)象?
學(xué)生:不能。
由于在同一界質(zhì)中波速相同,故波長相等的波頻率必然相同,所以,我們通常把頻率相同歸結(jié)為干涉形成的條件之一。
頻率相同的兩列波疊加,使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng),某些區(qū)域的振動(dòng)減弱,而且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域相互間隔,這種現(xiàn)象叫波的干涉,所形成的圖樣叫干涉圖樣。
要同學(xué)們找波的干涉的感性事例恐怕不易,這里演示一個(gè)——
音叉的干涉(注意介紹:a、為什么滿足條件…;b、感受干涉效果的方法…)
學(xué)生尋找類似的事例、并看教材P57關(guān)于揚(yáng)聲器的干涉的描述。
四、小結(jié)
本節(jié)我們學(xué)習(xí)了兩部分內(nèi)容:波的疊加和波的干涉。它們所依據(jù)的物理原理是相同的:物理量的矢量疊加。疊加是干涉的知識基礎(chǔ),干涉是更嚴(yán)格意義上的疊加,干涉后的效果應(yīng)具備兩大特征:強(qiáng)弱相互間隔、區(qū)域固定不變。
最后還需要指出的是,跟衍射一樣,干涉也是波特有的現(xiàn)象,我們今后會(huì)把它作為區(qū)分粒子運(yùn)動(dòng)還是波動(dòng)的重要依據(jù)之一。
五、作業(yè)布置
閱讀教材;
教材P58第(1)、(2)、(3)題,上作業(yè)本。
【板書設(shè)計(jì)】
注意“教學(xué)過程”的灰色部分,即是板書計(jì)劃。
【教后感】
由于醞釀的時(shí)間長(之前有兩節(jié)習(xí)題課),準(zhǔn)備比較充分,各環(huán)節(jié)考慮比較細(xì)(板書、語言過渡、設(shè)問、雙邊活動(dòng)等),最后上課的效果也很精彩。是新課以來最成功的一堂課。
具體體現(xiàn)在:節(jié)奏好;計(jì)劃貫徹好;有張有收,知識方面,沒有做不切實(shí)際地拔高。
臨時(shí)調(diào)整的地方:1、板書盡管只有兩處,課堂上仍然沒有機(jī)械地照抄,而是采取了“分解法”,將原話分解為四個(gè)要點(diǎn)板書,且對“相遇時(shí)”和“相遇后”實(shí)行分區(qū)域、分時(shí)段板書,效果甚佳。2、教法上嘗試“研讀教材法”(P55實(shí)驗(yàn)圖解文字),并以此為契機(jī),對圖10-21進(jìn)行逐個(gè)分析,得“相遇時(shí)”的物理規(guī)律,這也很不錯(cuò)。3、對于完整脈沖波的疊加,第二堂才板圖(類似圖10-21的甲、乙、丙、丁、戊五個(gè)),覺得這樣更有助于“二、波的干涉”的講解。
值得改進(jìn)的地方:1、“干涉條件”的講解不應(yīng)以“波長不同”為反面前提,而仍應(yīng)以頻率不同→周期不同→到“1波的半周期T1/2末了,1波的波峰傳到,2波的波峰要么沒到、要么已經(jīng)傳過,強(qiáng)點(diǎn)的位置改變”的這個(gè)流程講解,會(huì)更加順暢!
演示實(shí)驗(yàn)沒做,仍然是一堂不符合規(guī)范要求的課。
物理教案次聲波和超聲波
教學(xué)目標(biāo)
1、使學(xué)生知道什么是次聲波和超聲波
2、使學(xué)生能用所學(xué)知識解釋生活中的次聲波和超聲波.
教學(xué)建議
因多普勒效應(yīng)和此聲波、超聲波兩節(jié)的內(nèi)容少,建議用一個(gè)課時(shí).
本節(jié)重點(diǎn)是掌握聲波的概念和形成聲波的條件.學(xué)習(xí)中要了解聲波能夠發(fā)生反射、衍射、干涉等現(xiàn)象.聲波反射時(shí)能聽到回聲,利用回聲可以測速或測距.聲波發(fā)生共振時(shí)稱為共鳴現(xiàn)象.
聲波能離開空氣在真空中傳播嗎?為什么?
解答:不能.因?yàn)槁暡ㄊ菣C(jī)械波,必須有介質(zhì),聲波才能傳播.空氣、水、玻璃等都可以作為傳播聲波的介質(zhì).如果發(fā)聲體的周圍沒有傳聲介質(zhì),聲波無法向外傳播,人們就不會(huì)聽到聲音,所以聲音不能在真空中傳播.
讓學(xué)生了解聲波有次聲波、聲波、超聲波,它們是按頻率劃分的.了解它的利用和危害.
請教師閱讀下列表:
項(xiàng)目
聲波
備注
概念
聲源的振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成聲波
聲波是機(jī)械波,具有波的一切特征,能發(fā)生反射、衍射、干涉等現(xiàn)象
產(chǎn)生的條件
與介質(zhì)、溫度有關(guān),標(biāo)準(zhǔn)狀況下,空氣中聲速為332m/s,運(yùn)算時(shí)常取340m/s
聲波的波長范圍
1.7cm——17cm
人耳能聽到的聲波頻率范圍
20Hz——20000Hz
波的干涉學(xué)案
俗話說,居安思危,思則有備,有備無患。教師在教學(xué)前就要準(zhǔn)備好教案,做好充分的準(zhǔn)備。教案可以讓學(xué)生更容易聽懂所講的內(nèi)容,幫助教師更好的完成實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。優(yōu)秀有創(chuàng)意的教案要怎樣寫呢?小編收集并整理了“波的干涉學(xué)案”,歡迎您閱讀和收藏,并分享給身邊的朋友!
學(xué)校:臨清實(shí)驗(yàn)高中學(xué)科:物理
選修3-4第十二章第6節(jié)波的干涉學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
通過預(yù)習(xí)并且聯(lián)系生活中的一些實(shí)例,達(dá)到簡單的了解一下波的疊加和干涉,達(dá)到感性認(rèn)識的地步。
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1.在介質(zhì)中常常有幾列波同時(shí)傳播,例如把兩塊石子在不同的地方投入池塘的水里,就有兩列波在水面上傳播.兩列波相遇時(shí),會(huì)不會(huì)像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣,都能改變原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢?
2.預(yù)習(xí)完畢后,用自己的語言描述一下波的疊加這現(xiàn)象。
3.什么叫做波的干涉,兩列波發(fā)生干涉的條件是什么啊?
4.用自己的話說一說波的疊加和波的干涉的關(guān)系。
三、提出疑惑
同學(xué)們,通過你的自主學(xué)習(xí),你還有哪些疑惑,請把它填在下面的表格中
疑惑點(diǎn)疑惑內(nèi)容
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
(1).知道波的疊加原理.
(2).知道什么是波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣.
(3).知道干涉現(xiàn)象也是波特有的現(xiàn)象.
二、學(xué)習(xí)過程
1、波的疊加
【演示】在一根水平長繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下,就分別有兩個(gè)凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播.(參見課本圖10-28)我們可以看到,兩列波相遇后,彼此穿過,繼續(xù)傳播,波的形狀和傳播的情形都跟相遇前一樣,也就是說,相遇后,它們都保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),彼此都沒有受到影響.
仔細(xì)觀察兩列相遇的水波,也可以看到兩列水波相遇后,彼此穿過,仍然保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播,就像沒有跟另一列水波相遇一樣.
(1).位移特點(diǎn)
當(dāng)兩個(gè)波源產(chǎn)生的兩列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都要同時(shí)參與兩個(gè)分運(yùn)動(dòng),在任一時(shí)刻,第一列波使某個(gè)質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是x1,第二列波同時(shí)使質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)所產(chǎn)生的位移是x2,則質(zhì)點(diǎn)a的位移就是這兩列波分別產(chǎn)生的位移的矢量和.
如果位移x1,x2的方向相同,則質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)位移的大小為X=方向與。
如圖10-18所示.如果位移x1,x2方向相反,則質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)位移的大小為X=;方向。
(2).波的獨(dú)立性特點(diǎn)
n列波在同一介質(zhì)中傳播,在介質(zhì)中某一點(diǎn)(或某一區(qū)域)相遇時(shí),每一列波都能夠;好像沒有遇到另一列波一樣,在它們重疊的區(qū)域里,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波所產(chǎn)生的振動(dòng),每個(gè)質(zhì)點(diǎn)仍然是在各自的平衡位置附近做簡諧振動(dòng).質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移。
(3).疊加原理
兩列相同的波相遇時(shí),在它們重疊的區(qū)域里
2、波的干涉
【演示】把兩根金屬絲固定在同一個(gè)振動(dòng)片上,當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí),兩根金屬絲周期性地觸動(dòng)水面,形成兩個(gè)波源.這兩個(gè)波源的振動(dòng)頻率和振動(dòng)步調(diào)相同,它們發(fā)出的波是頻率相同的波.現(xiàn)象:解釋:
由實(shí)驗(yàn)分析可知,波干涉有如下特點(diǎn):
3.波的干涉特點(diǎn).
最大振幅最小振幅
位移
4.產(chǎn)生干涉的條件
任何情況下兩列波相遇都會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣則需要一定的條件,其條件是:
不僅水波、聲波,一切波都可發(fā)生干涉現(xiàn)象.
5.波的干涉與衍射一樣,也是波特有的現(xiàn)象.
6.當(dāng)堂檢測
(1)插在水中的細(xì)棒對水波的傳播沒有影響,這是波的(衍射)現(xiàn)象;在墻外聽到墻內(nèi)人講話,這是波的(衍射)現(xiàn)象;一個(gè)人在兩個(gè)由同一聲源帶動(dòng)的揚(yáng)聲器之間走動(dòng)時(shí),聽到的聲音時(shí)強(qiáng)時(shí)弱,這是波的(干涉)現(xiàn)象.
(2)以下關(guān)于波的衍射的說法,正確的是:(c)
A.波遇到障礙物時(shí),一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長大得多時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯
C.當(dāng)孔的大小比波長小時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯
D.只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長差不多時(shí),才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
(3)當(dāng)兩列水波發(fā)生干涉時(shí),如果兩列波的波峰在P點(diǎn)相遇.下列說法正確的是:(ABD)
A.質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的
B.質(zhì)點(diǎn)P的振幅最大
C.質(zhì)點(diǎn)P的位移始終最大
D.質(zhì)點(diǎn)P的位移有時(shí)為零
(4)在水平方向上有兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的振源S1、S2,S1、S2相距7m,振動(dòng)所形成的波的波長為1m,則S1、S2的連線上有幾個(gè)振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)?(c)
A.只有中點(diǎn)B.6個(gè)點(diǎn)C.13個(gè)點(diǎn)D.無數(shù)個(gè)點(diǎn)
(5)兩列波在某區(qū)域相遇,下列說法正確的是:(AB)
A.兩波相遇時(shí)能保持各自狀態(tài)互不干擾
B.兩波相遇時(shí)引起質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的矢量和
C.任何兩列波疊加后都能使某些區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng),某些區(qū)域振動(dòng)始終減弱,得到穩(wěn)定的干涉圖樣
D.頻率相同的兩列波相干涉時(shí),加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域交替變換.
(6)兩個(gè)頻率、振幅相同的波在介質(zhì)中傳播發(fā)生干涉得到穩(wěn)定的干涉圖樣,則下列敘述正確的是:(B)
A.振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的位移總是處于最大值
B.振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的位移可能為零
C.振動(dòng)減弱的點(diǎn)再經(jīng)過T/2振動(dòng)變?yōu)榧訌?qiáng)
D.振動(dòng)減弱的點(diǎn)的位移總是零
課后練習(xí)與提高
光的干涉
13.2光的干涉
【教學(xué)目標(biāo)】
(一)知識與技能
1.通過實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)識光的干涉現(xiàn)象,知道從光的干涉現(xiàn)象說明光是一種波。
2.掌握光的雙縫干涉現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的,何處出現(xiàn)亮條紋,何處出現(xiàn)暗條紋。
(二)過程與方法
1.通過楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),體會(huì)把一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的一束光分成兩束,得到相干光源的設(shè)計(jì)思想。
2.通過根據(jù)波動(dòng)理論分析單色光雙縫干涉,培養(yǎng)學(xué)生比較推理,探究知識的能力。
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過對光的本性的初步認(rèn)識,建立辯證唯物主義的世界觀。
【教學(xué)重點(diǎn)】雙縫干涉圖象的形成實(shí)驗(yàn)及分析。
【教學(xué)難點(diǎn)】亮紋(或暗紋)位置的確定。
【教學(xué)方法】復(fù)習(xí)提問,實(shí)驗(yàn)探究,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)
【教學(xué)用具】JGQ型氦氖激光器一臺(tái),雙縫干涉儀,多媒體電腦及投影裝置,多媒體課件(相關(guān)靜態(tài)圖片及Flash動(dòng)畫)
【教學(xué)過程】
(一)引入新課
復(fù)習(xí)機(jī)械波的干涉
[復(fù)習(xí)提問,誘導(dǎo)猜想]
[多媒體投影靜態(tài)圖片]
師:大家對這幅圖還有印象嗎?
生:有,波的干涉示意圖。
師:[投影問題]請大家回憶思考下面的問題:
圖中,S1、S2是兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源,實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,a、b、c、d、e中哪些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)?哪些點(diǎn)振動(dòng)減弱?
學(xué)生回答結(jié)果不出所料,大部分同學(xué)能答出a、c兩點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng),d、e兩點(diǎn)振動(dòng)減弱,而對于b點(diǎn)則出現(xiàn)了爭議。一種認(rèn)為b點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),另一種則認(rèn)為b點(diǎn)是由加強(qiáng)到減弱的過渡狀態(tài)。
師:b點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)和減弱由什么來決定呢?只有弄清這一點(diǎn)才能解決兩派同學(xué)的爭端。
(有學(xué)生低語,“路程差”)
師:好!剛才這位同學(xué)說到了關(guān)鍵,那么就請你來分析一下b點(diǎn)與S1、S2兩點(diǎn)的路程差。
生:由圖可以看出OO′是S1、S2連線的中垂線,所以b到S1、S2的路程差為零。
師:那么b點(diǎn)應(yīng)為振動(dòng)——(學(xué)生一起回答):加強(qiáng)點(diǎn)。
(教師總結(jié)機(jī)械波干涉的規(guī)律,突出強(qiáng)調(diào)兩列波的振動(dòng)情況總是完全相同。)
師:光的波動(dòng)理論認(rèn)為,光具有波動(dòng)性。那么如果兩列振動(dòng)情況總是相同的光疊加,也應(yīng)該出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域,并且出現(xiàn)振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象。那么這種干涉是一個(gè)什么圖樣呢?大家猜猜。
生:應(yīng)是明暗相間的圖樣。
師:猜想合理。那么有同學(xué)看到過這一現(xiàn)象嗎?
(學(xué)生一片沉默,表示沒有人看到過)
師:看來大家沒有見過。是什么原因呢?
[生1]可能是日常生活中找不到兩個(gè)振動(dòng)情況總相同的光源。
[生2]可能是我們看見了但不知道是光的干涉現(xiàn)象。
師:兩位同學(xué)分析得非常好,也許是沒有干涉的條件,也許是相逢未必曾相識。大家看他們倆誰分析得對呢?
生:我覺得生1說的不成立,這樣的光源很多,像我們教室里的日光燈,我覺得它們完全相同。
師:好。我們可以現(xiàn)場來試試。
(先打開一盞日光燈,再打開另一盞對稱位置的日光燈)
師:請大家認(rèn)真找一找,墻上、地上、天花板上,有沒有出現(xiàn)明暗相間的干涉現(xiàn)象?
(大家積極尋找,沒有發(fā)現(xiàn),思維活躍,議論紛紛)
師:看來兩個(gè)看似相同的日光燈或白熾燈光源并不是“振動(dòng)情況總相同的光源”。
[投影圖]
師:1801年,英國物理學(xué)家托馬斯楊想出了一個(gè)巧妙的辦法,把一個(gè)點(diǎn)光源分成兩束,從而找到了“兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的光源”,成功地觀察到了干涉條紋,為光的波動(dòng)說提供了有力的證據(jù),推動(dòng)了人們對光的本性的認(rèn)識。下面我們就來重做這一著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
(二)進(jìn)行新課
1.楊氏干涉實(shí)驗(yàn)
[動(dòng)手實(shí)驗(yàn),觀察描述]
介紹楊氏實(shí)驗(yàn)裝置(如圖)
師:用氦氖激光器演示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
用激光器發(fā)出的紅色光(平行光)垂直照射雙縫,將干涉圖樣投影到教室的墻上,引導(dǎo)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象:可以看到,墻壁上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。
師:(介紹)狹縫S1和S2相距很近,雙縫的作用是將同一束光波分成兩束“振動(dòng)情況總是相同的光束”。這樣就得到了頻率相同的兩列光波,它們在屏上疊加,就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋”。
結(jié)論:楊氏實(shí)驗(yàn)證明,光的確是一種波。
2.亮(暗)條紋的位置
[比較推理,探究分析]
師:通過實(shí)驗(yàn),我們現(xiàn)在知道,光具有波動(dòng)性?,F(xiàn)在我們是不是可以根據(jù)機(jī)械波的干涉理論來認(rèn)真探究一下實(shí)驗(yàn)中的明暗條紋是如何形成的呢?
[投影圖]
圖中,P0點(diǎn)距S1、S2距離相等,路程差Δ=S1P0-S2P0=0應(yīng)出現(xiàn)亮紋,(中央明紋)
[演示動(dòng)畫]圖20—3中S1、S2發(fā)出的正弦波形在P點(diǎn)相遇疊加,P點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)(如圖)
鑒于上述動(dòng)畫的表述角度和效果,教師在此基礎(chǔ)上再播放動(dòng)畫,如下圖所示振動(dòng)情況示意圖,使學(xué)生進(jìn)一步明確.不管波處于哪種初態(tài),P0點(diǎn)的振動(dòng)總是波峰與波峰相遇或波谷與波谷相遇,振幅A總為A1、A2之和,即P點(diǎn)總是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),應(yīng)出現(xiàn)亮紋。
師:那么其他點(diǎn)情況如何呢?
[投影圖]
P1點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)什么樣的條紋?
生:亮紋。
師:為什么?
生:因?yàn)槁烦滩顬棣?,是半波長的2倍。
師:我們可以從圖上動(dòng)畫看一下,[演示下圖]
在這里大家看到,屏上P1點(diǎn)的上方還可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2點(diǎn),Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3點(diǎn),Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn點(diǎn),它們對應(yīng)產(chǎn)生第2、3、4…條明條紋,還有明條紋的地方嗎?
生:在P點(diǎn)下方,與P1、P2等關(guān)于P0對稱的點(diǎn)也應(yīng)是明條紋。
師:好。我們可以總結(jié)為:Δ=2n,n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)明紋。
[投影下圖]那么S1、S2發(fā)出的光在Q1點(diǎn)疊加又該如何呢?
[演示動(dòng)畫]我們先來看一下,動(dòng)畫顯示,在Q1點(diǎn)振動(dòng)減弱。
師:在Q1點(diǎn)是波峰與波峰相遇還是波峰與波谷相遇?兩振動(dòng)步調(diào)如何?
生:是波峰與波谷相遇,振動(dòng)步調(diào)剛好相反。
(教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步分析這點(diǎn)合振幅情況,以及Q1點(diǎn)與P0、P1的相對位置。)
師:哪位同學(xué)能總結(jié)一下Q1點(diǎn)的特征?
生:Q1點(diǎn)位置在P0、P1間,它與兩波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。該點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。
師:非常好!大家看像Q1這樣的點(diǎn)還有嗎?
生:有。
(全體學(xué)生此時(shí)已能一起總結(jié)出Q2、Q3…等的位置)
[教師總結(jié)]Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ,λ…處,在P1P2、P2P3、…等明紋之間有第2條暗紋Q2、第3條暗紋Q3…
師:哪位同學(xué)能用上面的方法寫個(gè)通式,歸納一下?
生:當(dāng)Δ=(2n+1),n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)暗紋。
[投影下圖]
師:綜合前面分析,我們可以畫出上面圖示的雙縫干涉結(jié)果。
同時(shí)介紹一下相干光源,強(qiáng)調(diào)干涉條件。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材57頁上方的內(nèi)容,進(jìn)一步體會(huì),楊氏實(shí)驗(yàn)中的雙縫的作用就是得到一對相干光源。
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評
今天我們學(xué)習(xí)了光的干涉,知道光的確是一種波。我們還確定了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,明暗條紋出現(xiàn)的位置:當(dāng)屏上某點(diǎn)到兩個(gè)狹縫的路程差Δ=2n,n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)明紋;當(dāng)Δ=(2n+1),n=0、1、2…時(shí),出現(xiàn)暗紋。
兩列波要產(chǎn)生干涉,它們的頻率必須相同,且相位差恒定。能夠產(chǎn)生干涉的光源叫做相干光源。楊氏實(shí)驗(yàn)中,雙縫的作用就是得到一對相干光源。
(四)課余作業(yè)
完成P57“問題與練習(xí)”的題目。
附:課后訓(xùn)練
1.用波長為0.4μm的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),A點(diǎn)到狹縫S1、S2的路程差為1.8×10-6m,則A點(diǎn)是出現(xiàn)明條紋還是暗條紋?
答案:暗條紋
2.關(guān)于楊氏實(shí)驗(yàn),下列論述中正確的是()
A.實(shí)驗(yàn)證明,光的確是一種波。
B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的相干光源
C.在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋
D.在光屏上距離兩個(gè)小孔的路程差等于波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋
答案:AB
3.對于光波和聲波,正確的說法是
A.它們都能在真空中傳播B.它們都能產(chǎn)生反射和折射
C.它們都能產(chǎn)生干涉D.聲波能產(chǎn)生干涉而光波不能
答案:BC
4.兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)光源S1和S2都發(fā)出同頻率的紅色光,照亮一個(gè)原是白色的光屏,則光屏上呈現(xiàn)的情況是()
A.明暗相間的干涉條紋B.一片紅光
C.仍是呈白色的D.黑色
解析:兩個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光雖然同頻率,但“振動(dòng)情況”并不總是完全相同,故不能產(chǎn)生干涉,屏上沒有干涉條紋,只有紅光。
答案:B
5.在真空中,黃光波長為6×10-7m,紫光波長為4×10-7m?,F(xiàn)有一束頻率為5×1014Hz的單色光,它在n=1.5的玻璃中的波長是多少?它在玻璃中是什么顏色?
解析:先根據(jù)0=c/f0計(jì)算出單色光在真空中的波長0,再根據(jù)光進(jìn)入另一介質(zhì)時(shí)頻率不變,由n==,求出光在玻璃中的波長.
0=c/f0=m=6×10-7m,可見該單色光是黃光。
又由n=0/得=0/n=m=4×107m。由于光的顏色是由光的頻率決定的,而在玻璃中光的頻率未變化,故光的顏色依然是黃光。
答案:4×10-7m黃色