高二物理教案：《波的干涉和衍射》教學(xué)設(shè)計(2)

　　第一、保持水波的波長不變，該變窄縫的寬度（由窄到寬），觀察波的傳播情況有什么變化。觀察到的現(xiàn)象：在窄縫的寬度跟波長相差不多的情況下，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。水波繞到擋板后面繼續(xù)傳播。（參見課本圖10-26甲）

　　在窄縫的寬度比波長大得多的情況下，波在擋板后面的傳播就如同光線沿直線傳播一樣，在擋板后面留下了"陰影區(qū)"。（參見課本圖10-26乙）

　　第二、保持窄縫的寬度不變，改變水波的波長（由小到大），將實驗現(xiàn)象用投影儀投影在大屏幕上�？梢钥吹剑涸谡�縫不變的情況下，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。

　　將課本圖10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它們是做衍射實驗時拍下的照片。甲中波長是窄縫寬度的3/10，乙中波長是窄縫寬度的5/10，丙中波長是窄縫寬度的7/10。

　　通過對比可以看出：窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象。

　　窄縫寬度比波長大得多時，衍射現(xiàn)象越不明顯。窄縫寬度與波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。

　　結(jié)論：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波的特有現(xiàn)象。

　　2、波的疊加

　　我們有這樣的生活經(jīng)驗：將兩塊石子投到水面上的兩個不同地方，會激起兩列圓形水波。它們相遇時會互相穿過，各自保持圓形波繼續(xù)前進(jìn)，與一列水波單獨(dú)傳播時的情形完全一樣，這兩列水波互不干擾。

　　3、波的干涉

　　一般地說，振動頻率、振動方向都不相同的幾列波在介質(zhì)中疊加時，情形是很復(fù)雜的。我們只討論一種最簡單的但卻是最重要的情形，就是兩個振動方向、振動頻率都相同的波源所發(fā)出的波的疊加。

　　演示：在發(fā)波水槽實驗裝置中，振動著的金屬薄片AB，使兩個小球S1、S2同步地上下振動，由于小球S1、S2與槽中的水面保持接觸，構(gòu)成兩個波源，水面就產(chǎn)生兩列振動方向相同、頻率也相同的波，這樣的兩列波相遇時產(chǎn)生的現(xiàn)象如課本圖10－29所示。為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？我們可以用波的疊加原理來解釋。

　　課本圖10－30所示的是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的示意圖。S1和S2表示兩列波的波源，它們所產(chǎn)生的波分別用兩組同心圓表示，實線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。

　　某一時刻，如果介質(zhì)中某點(diǎn)正處在這兩列波的波峰中央相遇處[課本圖10－30所示中的a點(diǎn)]，則該點(diǎn)(a點(diǎn))的位移是正向最大值，等于兩列波的振幅之和。經(jīng)過半個周期，兩列波各前進(jìn)了半個波長的距離，a點(diǎn)就處在這兩列波的波谷中央相遇處，該點(diǎn)（a點(diǎn)）的位移就是負(fù)向最大值。再經(jīng)過半個周期，a點(diǎn)又處在兩列波的波峰中央相遇處。這樣，a點(diǎn)的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以a點(diǎn)的振動總是最強(qiáng)的。這些振動最強(qiáng)的點(diǎn)都分布在課本圖10－30中畫出的粗實線上。

　　某一時刻，介質(zhì)中另一點(diǎn)如果正處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處[課本圖10－30中的b點(diǎn)]，該點(diǎn)位移等于兩列波的振幅之差。經(jīng)過半個周期，該點(diǎn)就處在一列波的波谷中央和另一列波的波峰中央相遇處，再經(jīng)過半個周期，該點(diǎn)又處在一列波的波峰中央和另一列波的波谷中央相遇處。這樣，該點(diǎn)振動的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點(diǎn)的振動總是最弱的。如果兩列波的振幅相等，這一點(diǎn)的振幅就等于零。這就是為什么在某些區(qū)域水面呈現(xiàn)平靜的原因。這些振動最弱的點(diǎn)都分布在課本圖10－30中畫出的粗虛線上�？梢钥闯�，振動最強(qiáng)的區(qū)域和振動最弱的區(qū)域是相互間隔開的。

　　頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉(inerference)。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

　　只有兩個頻率相同、振動方向相同的波源發(fā)出的波，疊加時才會獲得穩(wěn)定的干涉圖樣，這樣的波源叫做相干波源，它們發(fā)出的波叫做相干波。不僅水波，一切波都能發(fā)生干涉，干涉現(xiàn)象是一切波都具有的重要特征之一。

　　演示：敲擊音叉使其發(fā)聲，然后轉(zhuǎn)動音叉，就可以聽到聲音忽強(qiáng)忽弱。這就是聲波的干涉現(xiàn)象。

　　（1）做波的干涉：頻率相同的波，疊加時形成某些區(qū)域的振動始終加強(qiáng)，另一些區(qū)域的振動始終減弱，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域相互間隔，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

　�。�2）特點(diǎn)：干涉現(xiàn)象是一切波都具有的現(xiàn)象。

　�。�3）產(chǎn)生條件：兩列波的頻率必須相同。