第三章　機(jī)械波第4節(jié)　波的干涉【教材分析】本節(jié)課程是在學(xué)習(xí)了波的反射、折射以及衍射的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的了解波的特征，教材通過波的疊加這種普遍的物理現(xiàn)象，引起學(xué)生探究波的疊加規(guī)律的興趣，從而引出波的干涉這種特殊疊加現(xiàn)象，學(xué)生要清楚波的干涉是一種特殊的疊加形式，發(fā)生波的干涉現(xiàn)象需要滿足一定的條件，并要知道波的干涉規(guī)律。【教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】【物理觀念】了解波的疊加原理，波的干涉條件及干涉規(guī)律。【科學(xué)思維】通過對波的疊加及波的干涉現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生空間想象的思維能力。【科學(xué)探究】通過觀看視頻，觀察演示實(shí)驗(yàn)，體會波的疊加規(guī)律及干涉規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)生多觀察、多思考樂于探究事物本質(zhì)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。【科學(xué)態(tài)度與責(zé)任】提升觀察能力，養(yǎng)成透過事物的宏觀現(xiàn)象，探索其本質(zhì)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】【教學(xué)重點(diǎn)】知道波的疊加原理，了解波的干涉條件及干涉現(xiàn)象，并學(xué)會利用干涉定律解釋生活中的的相關(guān)現(xiàn)象。【教學(xué)難點(diǎn)】波的疊加現(xiàn)象，波的干涉規(guī)律。【教學(xué)過程】一、【引入新課】想一想：在平靜的水面上，下落的雨滴激起層層漣漪，形成了復(fù)雜而美麗的圖案。這種圖案是怎樣產(chǎn)生的？二、【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一、波的疊加想一想：在介質(zhì)中常常有幾列波同時(shí)傳播。兩列波相遇時(shí)，會不會像兩個(gè)小球相碰時(shí)那樣，改變各自的運(yùn)動(dòng)特征呢？觀察波的疊加現(xiàn)象（觀看視頻）在一根水平長繩的兩端分別向上抖動(dòng)一下，在繩上分別產(chǎn)生相向傳播的兩列波。觀察兩列波的傳播情況。波的疊加波傳播的獨(dú)立性原理或波的疊加原理：各列波在相遇前和相遇后都保持原來的特性(頻率、波長、振動(dòng)方向、傳播方向等)不變，與各波單獨(dú)傳播時(shí)一樣；而在相遇處各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)則是各列波在該處激起的振動(dòng)的合成。  生活中波的獨(dú)立傳播和疊加開會時(shí)，大家討論的面紅耳赤，會議室內(nèi)聲音特響，但還是能區(qū)分出每一個(gè)人的說話聲音。幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。探究點(diǎn)二、波的干涉想一想：兩列周期相同的波相遇時(shí)，在它們重疊的區(qū)域里會發(fā)生什么現(xiàn)象？我們先觀察，然后再作解釋。觀察水波的干涉水槽中，波源是固定在同一個(gè)振動(dòng)片上的兩根細(xì)桿，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿周期性地觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源。這兩個(gè)波源發(fā)出的是頻率相同的波。兩列波的振動(dòng)方向也相同，水面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都沿上下方向。由于兩根細(xì)桿是同步振動(dòng)的，所以它們振動(dòng)的相位差保持不變（總是0）。  水波干涉圖樣                           水波干涉俯視圖樣由觀察可知：這兩列波相遇后，在振動(dòng)著的水面上，出現(xiàn)了一條條從兩個(gè)波源中間伸展出來的相對平靜的區(qū)域和激烈振動(dòng)的區(qū)域，這兩種區(qū)域在水面上的位置是固定的，而且相互隔開。水波的干涉圖樣1.定義：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。2.干涉圖樣：由波的干涉所形成的圖樣。    把相應(yīng)的振動(dòng)最激烈的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；相應(yīng)的振動(dòng)最不激烈或靜止的質(zhì)點(diǎn)連起來，為振動(dòng)減弱區(qū)。振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和振動(dòng)減弱區(qū)是相互隔開的。注意：（1）振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域振動(dòng)始終加強(qiáng)，振動(dòng)減弱的區(qū)域振動(dòng)始終減弱。（2）振動(dòng)加強(qiáng)（減弱）的區(qū)域是指質(zhì)點(diǎn)的振幅大（?。?，而不是指振動(dòng)的位移大（?。?，因?yàn)槲灰剖窃跁r(shí)刻變化的。波的干涉的示意圖如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波峰相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波谷相遇。波峰和波峰、波谷和波谷相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移最大，等于兩列波的振幅之和；因此在這一點(diǎn)，始終是兩列波干涉的加強(qiáng)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)最激烈。如果在某一時(shí)刻，在水面上的某一點(diǎn)是兩列波的波峰和波谷相遇，經(jīng)過半個(gè)周期，就變成波谷和波峰相遇，在這一點(diǎn)，兩列波引起的振動(dòng)始終是減弱的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅等于兩列波的振幅之差，如果兩列波的振幅相同，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅就等于零，水面保持平靜。產(chǎn)生干涉的條件：兩列波相遇疊加不一定能得到穩(wěn)定的干涉圖樣，而要產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象形成穩(wěn)定的干涉圖樣，則需要滿足一定的條件。產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同。注意：一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波特有的現(xiàn)象。波的干涉和衍射現(xiàn)象區(qū)別做一做：聲音的干涉安裝兩個(gè)相同的揚(yáng)聲器，并且使它們由同一個(gè)信號源帶動(dòng)，發(fā)出相同頻率的聲音。同學(xué)們分成兩組，手持不同顏色的標(biāo)志（如A組持白，B組持黑），分散在兩個(gè)揚(yáng)聲器之間，注意聽揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音，并且小范圍地移動(dòng)。A組同學(xué)移動(dòng)到聲音最大位置停住，B組同學(xué)移動(dòng)到聲音最?。ɑ蚵牪坏铰曇簦┪恢猛Ｗ?。找到位置后都把標(biāo)志舉起，看看A組和B組同學(xué)所在位置的分布有什么規(guī)律。主動(dòng)降噪技術(shù)噪聲會影響我們的日常生活，人們通常在聲源處、傳播過程中以及人耳處采取措施，以控制噪聲。聲音是一種波，通過波的干涉能夠起到消音的作用。這一原理使我們可以主動(dòng)出擊，通過發(fā)出與噪聲振幅、頻率相同，相位相反的聲波來消滅噪聲具有主動(dòng)降噪功能的耳機(jī)就是根據(jù)這一原理制成的。簡單來說，在耳機(jī)內(nèi)設(shè)有麥克風(fēng)，用來收集周圍環(huán)境中的噪聲信號在此基礎(chǔ)上，耳機(jī)的處理器能夠預(yù)測下一時(shí)刻噪聲的情況，并產(chǎn)生相應(yīng)的抵消聲波。為了保降噪質(zhì)量，耳機(jī)內(nèi)還設(shè)有另一個(gè)麥克風(fēng)來檢測合成后的噪聲是否變小。這時(shí)，處理器會根據(jù)這個(gè)麥克風(fēng)的測量結(jié)果，對處理過程不斷優(yōu)化，進(jìn)一步降低合成后的噪聲音量，達(dá)到最佳的降噪效果，使人們更好地欣賞音樂或是進(jìn)行通信等活動(dòng)。主動(dòng)降噪技術(shù)使我們擺脫噪聲的困擾，它不僅能夠營造安靜的生活氛圍，而且能夠在機(jī)場等強(qiáng)噪聲場景下保護(hù)人們的健康。消聲原理課堂重點(diǎn)知識小結(jié)波的疊加波的疊加原理：幾列波相遇時(shí)能夠保持各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)傳播，在它們重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列波引起的振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的位移等于這幾列波單獨(dú)傳播時(shí)引起的位移的矢量和。波的干涉1.波的干涉：頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象叫做波的干涉。2.干涉的解釋3.產(chǎn)生干涉的條件：兩列波的頻率必須相同。4.一切波（只要滿足條件）都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，干涉和衍射一樣都是波特有的現(xiàn)象。隨堂練習(xí)例1：(多選)如圖所示，S1、S2為兩個(gè)振動(dòng)情況完全一樣的波源，兩列波的波長都為λ，它們在介質(zhì)中產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，S1、S2在空間共形成6個(gè)振動(dòng)減弱的區(qū)域(圖中虛線處)，P是振動(dòng)減弱區(qū)域中的一點(diǎn)，從圖中可看出　(　　)A.P點(diǎn)到兩波源的距離差等于1.5λB.P點(diǎn)始終不振動(dòng)C.P點(diǎn)此時(shí)刻振動(dòng)最弱，過半個(gè)周期后，振動(dòng)變?yōu)樽顝?qiáng)D.當(dāng)一列波的波峰傳到P點(diǎn)時(shí)，另一列波的波谷也一定傳到P點(diǎn)【答案】ABD【解析】振動(dòng)減弱點(diǎn)到兩波源距離差等于半波長的奇數(shù)倍，根據(jù)P點(diǎn)所處虛線的位置可知，P點(diǎn)到S1、S2的距離之差為1.5λ，選項(xiàng)A正確；兩波源振動(dòng)情況相同，故P點(diǎn)振幅為零，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在P點(diǎn)合位移為零，故其中一列波的波峰傳播到P點(diǎn)時(shí)，另一列波的波谷一定傳播到P點(diǎn)，選項(xiàng)D正確。例2：(單選)兩列振幅和波長都相同而傳播方向相反的波(如圖甲所示)，在相遇的某一時(shí)刻，兩列波“消失”(如圖乙所示)。此時(shí)介質(zhì)中x、y兩質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是(　　)A.x向下，y向上  B.x向上，y向下C.x、y都向上  D.x、y都向下【答案】A【解析】由題圖看出，兩列波的波峰與波谷疊加，振動(dòng)減弱，兩波的振幅相等，所以題圖乙所示的時(shí)刻兩列波“消失”。根據(jù)波形平移法判斷可知，向右傳播的波單獨(dú)引起x的振動(dòng)方向向下，y的振動(dòng)方向向上，向左傳播的波單獨(dú)引起x的振動(dòng)方向向下，y的振動(dòng)方向向上，根據(jù)疊加原理可知，此時(shí)x質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向向下，y質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向向上，故A正確。例3：(單選)關(guān)于波的疊加和干涉，下列說法中正確的是(　　)A.兩列頻率不相同的波相遇時(shí)，因?yàn)闆]有穩(wěn)定的干涉圖樣，所以波沒有疊加B.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)只是波峰與波峰相遇的點(diǎn)C.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，如果介質(zhì)中的某點(diǎn)振動(dòng)是加強(qiáng)的，某時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位移x可能是零D.兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)的位移總是比振動(dòng)減弱的點(diǎn)的位移大【答案】C【解析】根據(jù)波的疊加原理，只要兩列波相遇就會疊加，所以A錯(cuò)；兩列頻率相同的波相遇時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)是波峰與波峰、波谷與波谷相遇的點(diǎn)，所以B錯(cuò)；振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)僅是振幅增大，但仍在平衡位置附近振動(dòng)，也可能有位移為零的時(shí)刻，所以C正確，D錯(cuò)誤。例4：(單選)如圖所示，S1、S2是兩個(gè)相干波源，它們的相位及振幅均相同。實(shí)線和虛線分別表示在某一時(shí)刻它們所發(fā)出的波的波峰和波谷。關(guān)于圖中所標(biāo)的a、b、c三質(zhì)點(diǎn)，下列說法中正確的是(　　)A.a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)減弱，b、c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)B.a質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)，b、c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)減弱C.再過T/4后，b、c兩質(zhì)點(diǎn)都將處于各自的平衡位置，振動(dòng)將減弱D.a質(zhì)點(diǎn)一直在平衡位置，b質(zhì)點(diǎn)一直在波峰，c質(zhì)點(diǎn)一直在波谷【答案】A【解析】a質(zhì)點(diǎn)處是兩列波波峰與波谷疊加的地方，振動(dòng)始終減弱，而b、c質(zhì)點(diǎn)處是兩列波波峰與波峰、波谷與波谷疊加的地方，振動(dòng)始終加強(qiáng)，故A對，B、C錯(cuò)；因?yàn)閮蓚€(gè)波源的振動(dòng)方向相同、振幅相同，所以a質(zhì)點(diǎn)靜止不動(dòng)，一直在平衡位置，b、c兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)始終是加強(qiáng)的，位移隨時(shí)間周期性變化，不是靜止不動(dòng)的，故D錯(cuò)誤。故選A。 

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4 波的干涉

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