人教版高中物理选修3-4课件第十二章第四节波的衍射和干涉

1 高二物理选修3-4教案

第十四章 电磁波

§14.1电磁波的发现

教学目标

（一）知识与技能：

①了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。

②了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。

（二）过程与方法：

体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。

（三）情感态度与价值观：

领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。

教学重点

麦克斯韦电磁场理论。

教学难点

对电磁波与机械波的异同认识不清。

教法选择和学法指导

启发诱导法、类比法

教学过程

一、引入新课

通过前面机械波的学习，我们对机械波有了一定的了解，请同学们会议有关机械波的知识。

问：机械波是如何形成的？

答：波源产生振动，通过介质将波源的振动形式向外传播形成机械波。

问：机械波有哪些性质？

答：机械波具有干涉、衍射、反射、折射等性质。

上一章我们提到“光是一种电磁波”，电磁波于我们的生活息息相关。问什么电磁波能得到这样广泛的应用？它与机械波有何不同？我们将在这节课里学习电磁波被发现历史，进而研究它的主要特征。

二、课前预习

让学生通过看书回答以下问题：

1、麦克斯韦关于电场和磁场的预言是什么？ 2 答：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。

2、麦克斯韦的关于光的本质的预言是什么？

答：从本质上来说，光是一种电磁波。

3、赫兹的实验在电磁学的发展过程中有什么作用？

答：赫兹的实验验证了电磁波的存在，并精确的测定了电磁波在真空中的速度等于光速，证实了麦克斯韦的预言。也为后来无线电技术的发展开辟了道路。

三、新课教学

1、伟大的预言

①变化的磁场产生电场

问：通过3-2电磁感应的学习我们知道，闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电流，可是为什么会有感应电流呢？自由电荷是如何定向移动的呢？

答：有感应电流存在说明在线圈的周围存在感应电场，自由电荷在感应电场的作用下做定向移动。

1 第4节 波的衍射和干涉

1．如图1中的各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图)，其中能发生明显衍射现象的有(

)

图1

A．①②④ B．①④

C．②③ D．①③

解析：发生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比波长小，或与波长相差不多，由图可知，①②④图能明显发生衍射现象，而③图不能，故选A。

答案：A

2．下列关于两列波相遇时叠加的说法，不．正确的是( )

A．相遇后振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强

B．相遇后两列波各自的波形和传播方向与相遇前完全相同

C．在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和

D．几个人在同一房间说话，相互都听得清楚说明波在相遇时互不干扰

解析：由波的独立传播原理可知，B、D正确；由波的叠加原理可知，C正确；两列波相遇时振动加强是有条件的，与波的振幅大小无关，A错误。

答案：A

3．关于波的干涉和衍射，下列说法中错误的是( )

A．只有横波才能产生干涉，纵波不能产生干涉

B．任何两列波相遇，都能产生干涉

C．不管是横波还是纵波，只要叠加的两列波的频率相等，振动情况相同，相位差恒定就能产生稳定的干涉

D．波长很小的波可以产生衍射，不能产生干涉

解析：干涉是波的特有现象，只要满足两列波的频率相等，振动情况相同，相位差恒定就能产生稳定的干涉，选项A、D错误，C正确；发生干涉和衍射不需要条件，所以任何波都能发生干涉和衍射，发生明显的衍射现象要求障碍物或孔的尺寸和波长相差不大，所以选项B正确。

答案：AD

4．两列波相叠加发生了稳定的干涉现象，那么( )

A．两列波的频率不一定相同 2 B．振动加强区域的各质点都在波峰上

C．振动加强的区域始终加强，振动减弱的区域始终减弱

D．振动加强的区域和振动减弱的区域不断周期性地交换位置

解析：两列波发生稳定的干涉的条件必须是两列波的频率相同且相位差恒定，故A错；且振动加强区始终加强，振动减弱区始终减弱，形成稳定的干涉图样，C对D错；振动加强区域的各质点只是振幅最大，它们也在自己的平衡位置附近振动，并不是只在波峰上，B错。

第4节波的衍射和干涉

一、波的衍射

1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。

2．两种衍射现象

(1)在水波槽中，在波源的前方放一个障碍物，使波源振动产生水波。当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物后面没有波，只是在障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图12­4­1甲所示，虽然发生衍射现象，但不明显。

图12­4­1

当障碍物较小时发现波能绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显。

(2)在水波槽中，在波源前方放一个有孔的屏，使波源振动产生水波。当孔较大时发现水波经过孔后在连接波源与孔的两边的两条直线所限制的区域里传播，如图丙所示。当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波，如图丁所示，衍射现象明显。

3．发生明显衍射现象的条件

只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。

二、波的叠加

1．波的叠加原理

几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质中的质点同时参与这几列波引起的振动，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。图12­4­2表示了分别向右、向左传播的两列波1和2在相遇区域内的叠加过程。

2．波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。 1.波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。

2．发生明显衍射的条件：缝孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或者比波长小。

3．波的干涉是指频率相同的两列波叠加，使某些区域的振幅加大，某些区域的振幅减小。 两列同相波的叠加，振动加强，振幅增大。(如图12­4­2所示)

两列反相波的叠加，振动减弱，振幅减小。(如图12­4­3所示)

图12­4­2 图12­4­3

三、波的干涉

1．定义

频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象。

第四节 波的衍射和干涉

物理核心素养主要由“物理观

念”“科学思维”“科学探

究”“科学态度与责任”四个方面

构成。

教学目标：

（一）物理观念

1、知道什么是波的衍射现象。

2、知道波发生明显衍射现象的条件。

3、知道衍射是波的特有现象。

4、知道波的独立传播特性和波的叠加原理；

5、知道什么是波的干涉现象和干涉图样.

6、知道干涉现象是波动特有的现象。

（二）科学思维、科学探究

能够运用衍射条件进行判断。

（三）科学态度与责任

了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系。通过联系

生活、演示实验，培养学生观察、对比、归纳及空间想象等能力

教学重点：

波发生明显衍射现象的条件。波的叠加原理和波的干涉现象

教学难点：

对波发生明显衍射现象的条件的应用。波的干涉图样的理解

教学方法：

实验演示和多媒体辅助教学。

教学用具：

水槽演示仪，长条橡胶管，投影仪、CAI课件。

教学过程：

（一）引入新课

大家都熟悉“闻其声不见其人”、“隔墙有耳”的物理现象，这是什么

原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。

（二）新课教学

1、波的衍射

教师：波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线

方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。大家想

一想，你见过的哪些现象是波的衍射现象？

学生举例：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇等

细小的障碍物，会绕过它们继续传播；房间内讲话，在房外也可以听

到；收音机在房间内也能收到电台发射的电磁波等等。

教师：任何波在遇到障碍物时，都能发生衍射，但不同的波发生衍射的

明显程度不同。下面我们用水波槽和小挡板来做实验，请大家认真观

察。

【演示】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，

将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。

现象：水波绕过小挡板继续传播。

将小挡板换成长挡板，重新做实验。

现象：水波不能绕到长挡板的背后传播。

这个现象说明什么？