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波的衍射、干涉等几个波的特有现象是高中物理教学中的难点.突破这一难点的方法就是抓住它们的共同点,统一认识思路,在同一个认识思路上发挥物理实验和物理事实的作用,不断加深对问题的探究,从而认识波的衍射和干涉等现象.具体教学思路如下.
“一遇”
波遇到障碍物、孔、缝时,会怎样?——“波的衍射”教学
1.求证方法:引导学生用日常生活中所熟悉的物理事实求证.
物理事实1:水波遇到小石头、芦苇等细小物体时会绕过它们继续传播.
物理事实2:人隔墙讲话却能被墙另一边的人听到.
2.结论:波可以绕过障碍物继续传播.
3.命名:上述现象叫波的衍射(与直射对立).
“二遇”
波遇到尺寸、宽度和波长差不多或更小的障碍物、孔、缝时,会怎样?——“波的明显衍射”教学
1.求证方法:
(1)用物理实验求证.
物理实验1:在水中放两挡板,中留狭缝.改变缝宽(波长不变),分别令水波通过狭缝,观其况(如图1所示).
物理实验2:改变波长(缝宽不变,波长分别是缝宽的7/10、5/10、3/10),分别令水波过缝,观其况(如图2所示).
(2)用物理事实求证.
物理事实1:声波容易发生衍射,生活中常感受到.原因是声波长1.7 cm~17 m之间,和常见物体尺寸相当.
物理事实1:光波难发生衍射,生活中不常见.原因是光波长0.4 μm~0.7 μm之间,和常见物体尺寸差距太大.
2.结论:
当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,能发生明显的衍射现象.
“三遇”
在同一介质中传播的几列波相遇时,会怎样?——“波的叠加原理”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
物理实验1:在水中不同处投下小石头,生成两列波.观察它们相遇时情况.
物理事实2:在绳子两端用手各上下抖动一下,生成两列波.观察它们相遇时情况.
2.结论:在同一介质中传播的几列波相遇时,在重叠区域里,各质点同时参与这几列波引起的振动,任一时刻质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.
3.命名:上述现象叫波的叠加原理.
“四遇”
在同一介质中传播的几列波相遇后,会怎样?——“波的独立性传播原理”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
物理实验1:在水中不同处投下小石头,生成两列波.观察它们相遇时情况.
物理事实2:在绳子两端用手各上下抖动一下,生成两列波.观察它们相遇时情况.
2.结论:
在同一介质中传播的几列波相遇后,彼此穿过,像没有相遇一样,保持各自的运动特征,继续传播.
3.命名:上述现象叫波的独立性传播原理.
“五遇”
在同一介质中传播频率相同的两列波相遇时,会怎样?——“波的干涉”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
[TP11GW55.TIF,Y#]
物理实验:同振片上两细杆随振片振动,生成两列频率相等的波.观它们相遇时情况(如图3所示).
2.结论:
频率相同的两列波相遇叠加时,在叠加区域里,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小.
3.命名:上述现象叫波的干涉.
4.对波的干涉的解读:
(1)从干涉照片上看,哪些区域的振幅加大(激烈振动)?哪些区域的振幅减小(相对平静)?
(2)这些区域又叫振动加强区和振动减弱区.
(3)这些区域是由振动加强点(振幅加大点)和振动减弱点(振幅减小点)构成,相互间隔.
(4)振动加强点和振动减弱点从几何角度来说,分别满足这样的关系:
振动加强点到两波源的距离之差
(5)两列波在振动加强点引起的振动相位相同,在振动减弱点引起的振动相位相反.
(6)振动加强点和振动减弱点位置不变,且始终加强和减弱.
(7)振动加强点的位移、振幅等于两列波引起的振动位移、振幅之和.振动减弱点的位移、振幅等于两列波引起的振动位移、振幅之差.它们位移随时间变化.
(8)振动加强点处两列波同时到达波峰,半个周期后同时到达波谷.振动减弱点处,两列波分别到达波峰和波谷,半个周期后相反.
(9)如果分别用同心圆表示两列波的波峰和波谷,振动加强点和振动减弱点、振动加强区和振动减弱区表示如图4所示.
[TP11GW56.TIF,BP#]
(10)产生稳定的干涉的条件
两列波的频率必须相等.
两列波的相位差必须保持不变.
“一遇”
波遇到障碍物、孔、缝时,会怎样?——“波的衍射”教学
1.求证方法:引导学生用日常生活中所熟悉的物理事实求证.
物理事实1:水波遇到小石头、芦苇等细小物体时会绕过它们继续传播.
物理事实2:人隔墙讲话却能被墙另一边的人听到.
2.结论:波可以绕过障碍物继续传播.
3.命名:上述现象叫波的衍射(与直射对立).
“二遇”
波遇到尺寸、宽度和波长差不多或更小的障碍物、孔、缝时,会怎样?——“波的明显衍射”教学
1.求证方法:
(1)用物理实验求证.
物理实验1:在水中放两挡板,中留狭缝.改变缝宽(波长不变),分别令水波通过狭缝,观其况(如图1所示).
物理实验2:改变波长(缝宽不变,波长分别是缝宽的7/10、5/10、3/10),分别令水波过缝,观其况(如图2所示).
(2)用物理事实求证.
物理事实1:声波容易发生衍射,生活中常感受到.原因是声波长1.7 cm~17 m之间,和常见物体尺寸相当.
物理事实1:光波难发生衍射,生活中不常见.原因是光波长0.4 μm~0.7 μm之间,和常见物体尺寸差距太大.
2.结论:
当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,能发生明显的衍射现象.
“三遇”
在同一介质中传播的几列波相遇时,会怎样?——“波的叠加原理”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
物理实验1:在水中不同处投下小石头,生成两列波.观察它们相遇时情况.
物理事实2:在绳子两端用手各上下抖动一下,生成两列波.观察它们相遇时情况.
2.结论:在同一介质中传播的几列波相遇时,在重叠区域里,各质点同时参与这几列波引起的振动,任一时刻质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.
3.命名:上述现象叫波的叠加原理.
“四遇”
在同一介质中传播的几列波相遇后,会怎样?——“波的独立性传播原理”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
物理实验1:在水中不同处投下小石头,生成两列波.观察它们相遇时情况.
物理事实2:在绳子两端用手各上下抖动一下,生成两列波.观察它们相遇时情况.
2.结论:
在同一介质中传播的几列波相遇后,彼此穿过,像没有相遇一样,保持各自的运动特征,继续传播.
3.命名:上述现象叫波的独立性传播原理.
“五遇”
在同一介质中传播频率相同的两列波相遇时,会怎样?——“波的干涉”教学
1.求证方法:用物理实验求证.
[TP11GW55.TIF,Y#]
物理实验:同振片上两细杆随振片振动,生成两列频率相等的波.观它们相遇时情况(如图3所示).
2.结论:
频率相同的两列波相遇叠加时,在叠加区域里,某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小.
3.命名:上述现象叫波的干涉.
4.对波的干涉的解读:
(1)从干涉照片上看,哪些区域的振幅加大(激烈振动)?哪些区域的振幅减小(相对平静)?
(2)这些区域又叫振动加强区和振动减弱区.
(3)这些区域是由振动加强点(振幅加大点)和振动减弱点(振幅减小点)构成,相互间隔.
(4)振动加强点和振动减弱点从几何角度来说,分别满足这样的关系:
振动加强点到两波源的距离之差
(5)两列波在振动加强点引起的振动相位相同,在振动减弱点引起的振动相位相反.
(6)振动加强点和振动减弱点位置不变,且始终加强和减弱.
(7)振动加强点的位移、振幅等于两列波引起的振动位移、振幅之和.振动减弱点的位移、振幅等于两列波引起的振动位移、振幅之差.它们位移随时间变化.
(8)振动加强点处两列波同时到达波峰,半个周期后同时到达波谷.振动减弱点处,两列波分别到达波峰和波谷,半个周期后相反.
(9)如果分别用同心圆表示两列波的波峰和波谷,振动加强点和振动减弱点、振动加强区和振动减弱区表示如图4所示.
[TP11GW56.TIF,BP#]
(10)产生稳定的干涉的条件
两列波的频率必须相等.
两列波的相位差必须保持不变.