3.3机械波的传播现象 教学设计

《机械波的传播现象》教学设计
教学目标：
通过实验，了解波的干涉与衍射现象，并基于实验事实分析、归纳干涉与衍射现象产生的条件；
通过学习惠更斯原理对衍射现象的解释，培养应用物理知识解释物理现象的观念；
理解波相遇时的情形，能应用叠加原理解释波的干涉现象，培养基于实验结论分析、解释问题的思维方法，学习物理模型的抽象、建构过程和思想方法。
教学重点：
波的衍射现象；
波的干涉现象。
教学难点：
波的衍射现象；
2.波的干涉现象。
教学方法：
演示实验，设置问题，引导学生进行探究式学习，讲授
课时安排：1课时
情境引入：
声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？
新课教学：
机械波的反射和折射
演示实验：如图所示，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
现象：当水波遇到挡板时会发生反射。
结论：1、机械波的反射与光的反射遵循同样的规律。
反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分
居法线两侧，反射角等于入射角。
2、在波的反射中，波的频率、波速和波长都不变。
光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，理论和实验证明，一切波都会发生
折射现象。
二、机械波的衍射和惠更斯原理
1、波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，这种现象叫作波的衍射。
【观察与思考】在水波槽中放置两块挡板，两挡板成一直线，两者之间留一窄缝，使水波能穿过窄缝。
观察水波通过窄缝后是怎样传播的。
保持水波的波长不变，改变窄缝的宽度，观察波的传播情况有什么变化。
保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长，观察波的传播情况有什么变化。
结论：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时能观察到明显的衍射现象。
惠更斯原理：介质中波动传到的各点都可以看做是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。
惠更斯原理对任何波动过程都适用。
三、机械波的干涉
情境：如图所示，两列波相遇前、相遇时和相遇后的传播情况：
现象：两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原来的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样。
1、波的叠加原理：两列波相遇时，相遇区域中各点位移，就是这两列波引起的位移的合成。
【观察与思考】在一水波槽中将一根金属丝固定在振动片上，当振动片发生振动时，金属丝会周期性地振动水面，形成波源。水面就会出现从波源发出的一列圆形波。
将两个金属丝固定在不同的振动片上，使生成的两列波的频率不同，观察两列波的相遇情况。
将两根金属丝固定在同一振动片上，使生成的两列波相同，观察两列波的相遇情况。
2、波的干涉：频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波，在相遇的区域上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域。这两个区域的位置时固定的，且互相隔开。这种现象称为波的干涉。
【观察与思考】如图所示，两列振幅、频率、相位都相同的波相向而行。请画出它们在P1，P2，P3各点附近相遇时的波动情况。
问题1：第一组波叠加时，为什么质点振动的能量是变大的？
问题2：第二组波叠加时，为什么质点振动能量也变大？
问题3：为什么第三组波叠加时，波形消失了？
问题4：叠加时，为什么波长（作图的宽度）保持不变？
3、产生干涉的必要条件：频率相同、相位差恒定、振动方向相同。
演示实验：
在发波水槽中，用一根金属丝振动形成水波，观察水波图样；
在发波水槽中，将两根金属丝固定在不同振片上，观察水波图样；
在发波水槽中，将两根金属丝固定在同一振片上，观察水波图样。
现象：（1）条纹最明显的地方：实线与实线（波峰与波峰）或虚线与虚线（波谷与波谷）相交的地方。
（2）条纹最不明显的地方：实线与虚线相交的地方。
条纹最明显与最不明显的地方是不变的。说明干涉图样是稳定的。
设某点与S1和S2之间的距离分别为和，当和的差值等于波长的整数倍时，该点位于叠加始终加强的点；当和的差值等于半波长的奇数倍时，该点位于叠加始终减弱的点。
加强点：
减弱点：
课堂小结：
理解波相遇过程的情形，能应用叠加原理解释波的干涉现象；
理解干涉现象产生的原因和条件，并能应用干涉的知识解释实际问题和生产生活中的有关现象。
课后作业：
第一课时：第3题、第4题
第二课时：第5题