“波的干涉”教学难点的突破，本文主要内容关键词为：难点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
学生在学习“波的干涉”一节时，对两列波的叠加原理及波的干涉现象往往只能记住几个结论，对其实质不甚了解，成为教学的一大难点。笔者在教学中通过实验演示和理论分析，引导学生进行实验观察、归纳推理，能使学生对波的干涉现象不但能知其然，而且能知其所以然。
问题引导1 两个运动的小球在同一直线上相向运动，发生碰撞后，会改变各自的运动状态，那么在空间传播的两列波相遇后又会发生什么现象呢？是否也会像两个小球那样各自改变其原来的运动状态呢？
实验演示 用玻璃做成一个长150 cm，宽15cm，高50cm的矩形水槽，往槽中注入30 cm高的水，待水平静后，用两块有机玻璃板，在水槽两端同时激起两个波峰相向传播，引导学生注意观察这两列水波相遇前、相遇时和相遇后出现的情况。
实验现象 两列水波相遇时，相遇区域出现一个更高的峰；两列波彼此穿过，继续传播；相遇后波的形状和传播的情形都跟相遇前一样。
学生探究1 两列水波相遇，相遇区域的质点将如何运动？
学生分组讨论，汇报总结：当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两列波分别引起的振动。在某时刻质点P由第一列波引起的位移为
，方向与较大的位移相同。
学生探究2 如果等幅的波峰和波谷相遇将出现怎样的结果呢？
学生继续分组讨论，汇报总结：在两列波的相遇区域MN，介质中任一质点，分别参与两分振动引起的位移均大小相等、方向相反，合位移为零，所以相遇时其波形如图1所示。但MN之间各质点的合速度不一定为零，根据各质点参与两分运动的速度合成可得到MN之间各点速度矢量分布如图2所示。
图1
图2
通过这一阶段的学生活动，可以使学生加深对以下知识的理解：几列波相遇后能够保持各自的运动状态继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移、速度都等于这几列波单独传播时分别引起的位移、速度的矢量和，这就是波的叠加原理。
问题引导2 频率相同的两列波相遇时，在它们重叠的区域会发生什么现象呢？
实验演示 将一底面为玻璃的透明水槽放在投影仪上，波源为固定在同一个振动片上的两根细杆。当其振动时，波源就发出两列振幅相同、频率相同的水波。让学生观察屏幕上的两水波相遇后出现的情景（图3见下页）。
学生观察后指出：两列频率相同的水波相遇后，在相遇的区域，某些区域振动加强，有些区域水面平静，几乎不动，振动减弱，并且振动加强的区域和振动减弱的区域互相间隔。
图3
学生探究 如何解释实验中出现的现象？
用两组同心圆表示从波源发出的两列波的波面，实线圆表示波峰，虚线圆表示波谷，如图4所示。
图4
根据波的叠加原理可知，某时刻水面上的某一点是波峰与波峰相遇（图中实线圆的交点）该点位移最大，振动加强，半个周期后，该点为波谷与波谷相遇（图中虚线圆的交点），该点位移也最大，振动也加强。
若某时刻水面上的某一点是一列波的波峰与另一列波的波谷相遇，其振动位移最小（图中实线与虚线的交点），半个周期之后，这列波的波谷和另一列波的波峰相遇，位移又最小，且两列波引起的振动步调相反，因此该点振动减弱。从图中可以看到，将振动加强的点用实线相连，振动减弱的点用虚线相连，加强区域与减弱的区域是互相间隔的。
若某点到波源
的路程差为半波长的偶数倍时，该点振动将加强，若某点到两波源的路程差为半波长的奇数倍时，该点的振动就减弱。
振动加强区上的某点，同时参与两列波分别引起的振动，其位移为两列波分别引起位移的矢量和，某时刻该点是波峰与波峰相遇，其位移为两列波的振幅之和；经
后，该点由两列波引起的振动均处于平衡位置，合位移为零；再经，波向前传播
，又是波谷与波谷相遇，位移为反向最大。振动加强区上的某点并不始终是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，而是以两列波的振幅之和为振幅作简谐运动。振动减弱区上的一点，它是以两列波的振幅之差的绝对值为振幅作简谐运动的。某时刻，振动减弱区上某点的位移可以小于振动加强区上某质点的位移，也可以等于或大于某质点的位移。
问题引导3 除了水波的干涉外，还有哪些波可发生干涉现象？
学生探究 从产生干涉的条件入手找干涉现象。
干涉是波特有的现象，频率相同的两列波叠加，可使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且加强区域和减弱区域互相间隔，发生干涉，产生稳定的干涉图样。要获得干涉就要有两个同频的波源。
学生讨论后得出：可以用两个相同的喇叭来实现干涉。
课堂演示 声波的干涉。用音频发生器产生频率2000Hz左右的声波，连接两只音箱A和B，两音箱发出的声波在空间相遇。
学生绕音箱一圈，听到有的地方声音强，有的地方声音弱。然后用声传感器连接计算机显示声强的信号变化，当用声传感器绕两音箱移动，计算机屏上显示的信号时强时弱，证明声波也能产生干涉现象，通过实验，学生对波的干涉的了解会更加直观。
教师总结 在生活中也有许多干涉的例子，如蝉的鸣叫是两声源同时发声，有干涉现象。成片的台阶会对特定波长的声音加强也是干涉。以此提高学习的兴趣。
本课通过演示实验和理论分析，充分激发学生的探究欲望，层层深入，学生在教师的引导下不断完善自己的认识，从事物的现象逐渐进入事物的本质，实现认识上的飞跃。