波 的 干 涉
【学习目标】
1.知道什么叫做波的叠加和叠加规律。
2.通过实验,认识波的干涉现象和干涉图样。
3.理解波的干涉原理及产生稳定的干涉现象的条件。
4.知道干涉也是波特有的现象。
【教学过程】
新课引入:
问题1:上节课我们研究了波的衍射现象,什么是波的衍射现象呢?(波绕过障碍物的现象)
问题2:发生明显的衍射现象的条件是什么?(障碍物或孔的大小比波长小,或者与波长相差不多)
这节课我们研究波的干涉现象,如果同时投入两个小石子,形成了两列波,当它们相遇在一起时又会怎样?请学生注意观察演示实验.
一、波的干涉
观察现象:
①在水槽演示仪上有两个振源的条件下,单独使用其中的一个振源,水波按该振源的振动方式向外传播;再单独使用另一个振源,水波按该振源的振动方式向外传播.
现象结论:每一个波源都按其自己的方式,在介质中产生振动,并能使介质将这种振动向外传播.
②找两个同学拉着一条长绳,让他们同时分别抖动一下绳的端点,则会从两端各产生一个波包向对方传播.当两个波包在中间相遇时,形状发生变化,相遇后又各自传播.(由于这种现象一瞬间完成,学生看不清楚,教师可用计算机多媒体演示)
现象结论:波相遇时,发生叠加.以后仍按原来的方式传播,是独立的.
1.波的叠加:
在前面的现象的观察的基础上,向学生说明什么是波的叠加.
教师板书:两列波相遇时,在波的重叠区域,任何一个质点的总位移都等于两列波分别引起的位移的矢量和.
结合下图解释此结论.
解释时可以这样说:在介质中选一点P为研究对象,在某一时刻,当波源l的振动传播到P点时,若恰好是波峰,则引起P点向上振动;同时,波源2的振动也传播到了P点,若恰好也是波峰,则也会引起P点向上振动;这时,P点的振动就是两个向上的振动的叠加,P点的振动被加强了.(当然,在某一时刻,当波源1的振动传播到 P点时,若恰好是波谷,则引起户点向下振动;同时,波源2的振动传播到了P点时,若恰好也是波谷,则也会引起P点向下振动;这时,P点的振动就是两个向下的振动的叠加,P点的振动还是被加强了.)用以上的分析,说明什么是振动加强的区域.
波源l经过半周期后,传播到P点的振动变为波谷,就会使P点的振动向下,但此时波源2传过来的振动不一定是波谷(因为两波源的周期可能不同),所以,此时P点的振动可能被减弱,也可能是被加强的.(让学生来说明原因)
问题:如果希望P点的振动总能被加强,应有什么条件?如果在介质中有另一质点Q,希望Q点的振动总能被减弱,应有什么条件?
总结:波源1和波源2的周期应相同.
2波的干涉:
观察现象:③水槽中的水波的干涉.对水波干涉图样的解释中,特别要强调两列水波的频率是相同的,所以产生了在水面上有些点的振动加强,而另一些点的振动减弱的现象,加强和减弱的点的分布是稳定的.
详细解释教材中给出的插图,如下图所示.在解释和说明中,特别应强调的几点是:①此图是某时刻两列波传播的情况;②两列波的频率(波长)相等;③当两列波的波峰在某点相遇时,这点的振动位移是正的最大值,过半周期后,这点就是波谷和波谷相遇,则这点的振动位移是负的最大值;④振动加强的点的振动总是加强的,振动减弱的点的振动总是减弱的.
让学生思考和讨论,并在分析的基础上,给出干涉的定义:
(教师板书)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,形成的图样叫做波的干涉图样.
请学生反复观察水槽中的水波的干涉,分清哪些区域为振动加强的区域,哪些区域为振动减弱的区域.
最后应帮助学生分析清楚:介质中某点的振动加强,是指这个质点以较大的振幅振动;而某点的振动减弱,是指这个质点以较小的振幅振动,这与只有一个波源的振动在介质中传播时,各质点均按此波源的振动方式振动是不同的.
问题:任何两列波进行叠加都可以产生干涉现象吗?(不可以)为什么?(干涉是一种特殊的叠加.任何两列波都可以进行叠加,但只有两列频率相同)
总结:干涉是波特有的现象.
【典型剖析】
1.两列沿相反方向传播的振幅和波长都相同的绳波如图所示,在相遇的某一时刻,两列波 “消失”, 此时图中a、b质点的振动方向是【 B 】
A.a向上,b向下
B.a向下,b向上
C.a、b都静止
D.a、b都向上
2.关于波的干涉现象,下列说法中正确的是【 BCD 】
A.两列波在相遇的区域内,一定能发生干涉现象
B.两列波相互干涉是波叠加的结果
C.频率不同的两列波叠加时,不可能发生干涉现象
D.只有频率相同的两列波相遇时,才可能形成干涉图样
3.两列相干波在空间相遇,以下说法正确的是【 C 】
A.振动加强区域内质点的位移始终最大
B.振动加强区域内的介质质点,在任何时刻一定比振动减弱区域内的介质质点位移大
C.振动加强区域内的介质质点有时在平衡位置
D.振动减弱区域内的介质质点的振幅随时间变化
4.如图所示,在同一均匀媒质中有S1、S2两个波源,这个波源的频率、振动方向均相同,且振动的步调完全一致,S1、S2之间相距两个波长,D点为S1、S2连线中点,今以D点为圆心,以R=DS1为半径画圆,问在该圆周上(S1、S2两波源除外)共有几个加强点?六个
【课堂练习】
1.一个波源在绳的左端发出半个波①,频率为f1,振幅为A1;同时另一波源在绳的右端发出半个波②,频率为f2,振幅为A2;P为两波源的中点,如图所示,则下列说法中正确的是【 ACD 】
A.两列波同时到达P点
B.两列波相遇时,P点振幅可达A1+A2
C.两列波相遇后,各自仍保持原来的波形独立传播
D.两列波相遇后,绳上的波峰可达A1+A2的点只有一点,此点在P点的左端
2.如图所示,S1、S2是两个相干波源,它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点,下列说法中正确的有【 BC 】
A.该时刻a质点振动最弱,b、c质点振动最强,d质点振动既不是最强也不是最弱
B.该时刻a质点振动最弱,b、c、d质点振动都最强
C.a质点的振动始终是最弱的, b、c、d质点的振动始终是最强的
D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置,因此振动最弱
【教学后记】