5.波的干涉、衍射（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦波的干涉与衍射，通过提问“两列波相遇是否改变运动状态”导入波的叠加原理，搭建“叠加规律→干涉条件与特征→衍射条件与现象”的学习支架，衔接前后知识。 特色在于融合视频观察（双源干涉实验、衍射条纹图像）与仿真软件探究，引导学生从现象归纳规律，培养科学探究与科学思维。结合工程应用实例（超声检测）渗透科学态度，助力学生深化理解，为教师提供清晰教学逻辑与丰富资源。

第5节 波的干涉、衍射 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第5节 波的干涉、衍射 教学 目标 物理观念 理解波的干涉现象是由两列频率相同、相位差恒定的相干波叠加形成的稳定图样，能描述加强点与减弱点的空间分布规律；掌握波发生明显衍射的条件——障碍物或孔的尺寸与波长相近或更小，能够解释日常生活中声波绕墙传播、水波绕石前行的现象。 科学思维 能运用波的叠加原理分析两列波相遇区域的合振动情况，通过构建“路径差—相位差—振幅变化”的逻辑链条进行推理判断；运用理想化模型（如双缝、单缝）简化实际问题，在比较干涉与衍射异同的过程中发展归纳与对比思维能力。 科学探究 通过观察水槽中的双源干涉实验视频和激光衍射条纹图像，提出关于波叠加后强度分布的问题并设计简单验证方案；利用仿真软件调整波源间距、波长、障碍物大小等参数，收集数据并归纳出影响干涉条纹间距和衍射显著程度的因素。 科学态度 与责任 在合作探究过程中尊重事实、实事求是，勇于质疑不合理的结论，养成严谨求实的科学态度；认识干涉与衍射在工程技术中的广泛应用(如超声检测、光学仪器设计），体会物理学对现代科技发展的推动作用。 教学 重难点 1.波的干涉现象的产生条件及其图样特征（明暗相间条纹）；波发生明显衍射的条件及其实例分析(重点)。 2.干涉加强与减弱位置的判断依据——路径差与半波长的整数倍关系(重点)。 3.区分干涉与衍射的本质差异:干涉是多波源叠加的结果，衍射是单波源绕过障碍物的表现(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：两列波相遇会不会像两个球相遇那样，改变了它们原来的运动状态呢?要研究上述问题,我们需要先了解一个现象——波的叠加。 学生思考问题。 新课讲授 一、波的叠加原理 教师：在一个水盆中，用滴管分别在两处滴几滴水，激起不同的水波，请同学们注意观察，说说你们看到了什么现象？（播放视频） 学生：由水滴激起的两列水波相遇后相互穿过，穿过后仍然保持各自的运动状态继续传播。 教师：波之间的运动状态互不影响但某个质点会因为同时接受到多个波传递来的振动形式而有振动的叠加情况。为什么会这样呢？请先看视频。 在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。 提问：同学们能否根据波的叠加原理，说一说怎么用公式表示振动位移呢？ 学生：A=A1+A2。 教师：说得非常好！根据波的叠加原理，叠加区域的质点的振动可能加强，也可能减弱。 加强：A=A1+A2 减弱：A=|A1-A2| 学生观看视频，回答问题 新课讲授 二、波的干涉 教师：在水中，使两个振子以相同的频率、相同的振动方向发生振动，产生两列相同的波，仔细观察在两列波的重叠区域所发生的现象。（播放视频） 问题 1：指出下图中的振动加强区域和振动减弱区域，并尝试说明原因。 学生：如图所示。原因是两列水波在同一区域出现了波的干涉。 问题 2：这些叠加区域的振动加强和振动减弱是稳定的还是变化的？ 学生：稳定，振动加强区始终加强，减弱区始终减弱。 教师：（播放视频）请同学们注意观看视频，说说波的干涉有什么特征？ 学生：如图所示，（1）加强区和减弱区的位置固定不变； （2）加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)； （3）加强区与减弱区互相间隔。 教师：是否任意两列波的叠加都能产生干涉现象呢？ 学生：不是。产生干涉的一个必要条件是两列波的频率（或波长）必须相同。波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加。一切波只要满足一定条件都能发生干涉现象。如图所示，下雨天的水面，就很难看到波的干涉。 师生：共同归纳波的干涉的有关知识 干涉的条件：两列波的频率相同，振动方向在同一直线上，相位差恒定． 判断加强点和减弱点的方法(振动频率相同、振动情况相同的两列波叠加)：① Δs＝|s2－s1|＝kλ(k＝0,1,2，…)时为振动加强点； ② Δs＝|s2－s1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时为振动减弱点。 若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 学生观看视频，回答问题 新课讲授 三、波的衍射现象 教师：思考：在下图水面插入一根适中大小的圆柱形障碍物，振子形成的水波会被阻碍或破坏吗？ 学生：水波不会被阻碍或破坏。 教师：（播放视频）请同学们观看视频。 波能够绕到障碍物的后面传播的现象，叫作波的衍射。如果仔细观察海面的波浪，你也许会发现大的礁石前面波涛汹涌，礁石后面的海面却相对平静，没有发生明显的波的衍射现象，这是为什么？在什么条件下波才能发生明显的衍射现象？ 学生：产生明显衍射现象的条件：缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长相差不多或比波长小。 教师：(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 (2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，不会出现“不发生衍射现象”的说法。 (3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。 学生观看视频，回答问题 课 堂 练 习 1.(多选)如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，且f1<f2，P为两个波源连线的中点(图中未画出)．已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定．下列说法正确的是(　　) A．两列波比较，a波将先到达P点 B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2 C．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点 D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧 答案　CD 解析　因两列波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误；因f1<f2，由λ＝可知，λ1>λ2，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点的距离比b波的波峰离P点的距离大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应在P点左侧相遇，此位置对应的位移为A1＋A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D正确． 2.如图所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的b、c、d三点，下列说法正确的是(　　) A．d点始终保持静止不动 B．图示时刻c点的位移为零 C．b点振动始终加强，c点振动始终减弱 D．图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cm 答案　A 解析　d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，保持静止，故A正确；b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 cm，c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故B、C、D错误． 3.(多选)如图所示是观察水波衍射的实验装置．AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源．图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　　) A．此时能观察到波明显的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象 答案　ABC 解析　观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，故B对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C对；若f增大，由λ＝，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错． 课 堂 小 结 本节课的教学内容比较抽象,借助多媒体课件和动画资源,在每一个知识点的切入及得出上,给予恰到好处的材料支撑,从而让学生能够从抽象的现象中得到感性的认识,帮助学生更顺利地切到理性思考当中,进而更好地理解知识并运用知识解决相关问题。 板 书 设 计 第5节 波的干涉、衍射 一、波的叠加原理 1.波的独立传播：两列波在彼此相遇并穿过后，仍然保持各自的波长、频率等运动特征不变，继续传播。 2.波的叠加原理： 几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质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。 二、波的干涉 1.定义 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫波的干涉。 2.干涉条件 (1)两列波的频率必须相同。 (2)两个波源的相位差必须保持不变。 3.干涉的普遍性 一切波在一定条件下都能够发生干涉，干涉是波特有的现象。 4.判断加强点和减弱点的方法(振动频率相同、振动情况相同的两列波叠加)： ① Δs＝|s2－s1|＝kλ(k＝0,1,2，…)时为振动加强点； ② Δs＝|s2－s1|＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时为振动减弱点。 若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 三、波的衍射现象 1.波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。 2.发生明显衍射现象的条件：只有缝、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。 3.波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课中,“波的干涉”是比较抽象的内容,利用叠加原理解释波的干涉现象及发生波的干涉现象的条件的得出是本节课的教学难点。教师可以利用多媒体课件和动画等丰富的教学资源,帮助学生理解波的干涉、衍射等内容,并让学生尝试解释波的干涉、衍射现象在生活中的实际应用,这样能够加深学生对知识的理解,并提高学生的迁移能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $