2.3波的干涉和衍射
授课人：陈小燕授课时间：2011.3.24 授课班级：高二（3）班
教学目标：
1.知道波的叠加原理.
2.知道什么是波的干涉现象和干涉图样.
3.知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件；
4.知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。
教学重点：波的叠加原理和波的干涉现象，以及波发生明显衍射现象的条件。
教学难点：波的干涉图样
教学方法：实验演示法、电教法、训练法.
教学用具：多媒体课件
教学过程：
一、新课引入
［设问］两个相向运动的弹性小球在运动过程中相遇，会发生什么现象？
［学生回答］两球会反弹
［进一步设问］两列波在传播过程中相遇，会发生什么现象？
二、新课教学
(一)波的叠加原理
［多媒体模拟绳波相遇前和相遇后的波形］
［教师总结］两列波相遇后，每列波都像相遇前一样，保持各自原来的波形，继续向前传播，这是波的独立传播特性.
［教师］刚才，通过动画模拟实验的演示，我们知道了两列波在相遇前后，它们都保持各自的运动状态，彼此都没有受到影响，那么在两列波相遇的区域里情况又如何呢？
［多媒体模拟绳波相遇区的情况］
［教师总结］在两列波重叠的区域里，任何一个质点同时参与两个振动，其振动位移等于这两列波分别引起的位移的矢量和.当两列波在同一直线上振动时，这两种位移的矢量和简化为代数和，这叫做波的叠加原理.
［强化训练］两列振动方向相同和振动方向相反的波叠加，振幅如何变化？振动加强还是减弱？
学生讨论后得到：两列振动方向相同的波叠加，振动加强，振幅增大；两列振动方向相反的波叠加，振动减弱，振幅减小.
(二)波的干涉
［投影演示水槽中水波的干涉］把两根金属丝固定在同一个振动片上，当振动片振动时，两根金属丝周期性地触动水面，形成两个波源，观察在两列波相遇重叠的区域里出现的现象.
［教师说明］由于这两列波是由同一个振动片引起的，所以这两个波源的振动频率和振动步调相同.
［学生叙述现象］在振动的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开. 两列频率相同的水波相遇，会出现振动加强和振动减弱相互间隔的现象，形成稳定的干涉图样。
［教师］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，这种现象叫波的干涉。
干涉图样：在干涉现象中形成的图样叫干涉图样。
由于两列波的频率相同，振动加强处总是加强，振动减弱处总是减弱，所以出现了稳定的干涉图样。
［用多媒体展示课本水波的干涉图样及波的干涉的示意图］
［教师］为什么会出现这种现象呢？
［用多媒体课件解释振动加强区和振动减弱区的形成过程：利用波面的概念和波的叠加原理解释干涉形成的原因］
得到结论如下：
1、振动加强区的形成
在水面上的某一点，如果在某一时刻是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，振动的振幅等于两列波的振幅之和，故该点始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈．
2、振动减弱区的形成
在水面上的某一点，如果在某一时刻是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇。
在这一点，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，两列波引起的振动始终是减弱的，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静．
注意：
（1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱．
（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．产生干涉的条件：两列波的频率相同。
［说明］
1.干涉现象中那些总是振动加强的点或振动减弱的点是建立在两个波源产生的频率相同的前提条件下.
2.如果两列频率不同的波相叠加，得到的图样是不稳定的；而波的干涉是指波叠加中的一个特例，即产生稳定的叠加图样.
3.声波的干涉.
4.一切波都能发生干涉，干涉和衍射是波特有的现象。
［强化训练］
关于两列波的稳定干涉现象，下列说法正确的是（BD）
A.任意两列波都能产生稳定干涉现象
B.发生稳定干涉现象的两列波，它们的频率一定相同
C.在振动减弱的区域，各质点都处于波谷
D.在振动加强的区域，有时质点的位移等于零
强调：不论是振动加强点还是振动减弱点，位移仍随时间做周期性变化.
(三)波的衍射
［展示图片两位学生在说悄悄话而隔墙的人却可以听得到，为什么呢？
在声波的传播过程中，遇到墙等障碍物时，会绕过障碍物继续往前传播，这种现象称为波的衍射。
举例：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播．
得出：一切波都能发生衍射，衍射是波的特有现象．
【投影】在水波槽里放一个小挡板，让波源发出的圆形波遇到小挡板．
学生叙述现象：水波绕过小挡板继续传播，而且窄缝的宽度越小衍射现象越明显。
［教师］这个现象说明发生衍射现象的条件与障碍物的大小有关，具体的关系是障碍物或孔隙的尺寸跟波长相差不多
或者比波长小，衍射现象越明显，这就发生明显衍射的条件。
［强化训练］在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为（）
A.10 cm
B.5 m
C.d＞1 cm
D.d＜1 cm
三、课堂小结
1.什么是波的叠加原理？
2.什么是波的干涉？产生稳定干涉的条件是什么？
3.什么是波的衍射？发生明显衍射的条件是什么？。