高中物理 《波的形成和描述》教案 魯科版選修3-4

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1、第一節(jié) 波的形成和描述 三維教學目標 1、知識與技能 （1）知道直線上機械波的形成過程； （2）知道什么是橫波，波峰和波谷； （3）知道什么是縱波，密部和疏部； （4）知道“機械振動在介質(zhì)中傳播，形成機械波”，知道波在傳播運動形式的同時也傳遞了能量。 （5）知道波的圖象，知道橫、縱坐標各表示什么物理量，知道什么是簡諧波； （6）知道什么是波的圖象，能在簡諧波的圖象中讀出質(zhì)點振動的振幅； （7）根據(jù)某一時刻的波的圖象和波的傳播方向，能畫出下一時刻和前一時刻的波的圖象，并能指出圖象中各個質(zhì)點在該時刻的振動方向； （8）了解波的圖象的物理意義，能區(qū)別簡諧波與簡諧運動兩者的圖象

2、。 2、過程與方法：通過實驗演示、觀察、分析，培養(yǎng)學生進行科學探索的能力。從而，培養(yǎng)學生的空間想象能力和思維能力。 3、情感他、態(tài)度與價值觀： 教學重點：機械波的形成過程及傳播規(guī)律及波的圖象認識及畫波形圖。 教學難點：機械波的形成過程及傳播規(guī)律及波的圖象的物理意義 教學方法：實驗探索和計算機輔助教學。 教學教具：絲帶、波動演示箱、水平懸掛的長彈簧、音叉、波動演示儀（－）引入新課 演示：抖動絲帶的一端，產(chǎn)生一列凹凸相間的波在絲帶上傳播，在這個簡單的例子中，我們接觸到一種廣泛存在的運動形式——波動，請同學們再舉出幾個有關波的例子。（水波、聲波、無線電波、光波。） 水波、聲波、地震波

3、都是機械波，無線電波、光波都是電磁波。這一章我們學習機械波的知識，以后還會學習電磁波的知識。 （二）進行新課 現(xiàn)在學習第一節(jié)，波的形成和傳播。 1、波的形成和傳播 演示：撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產(chǎn)生一列疏密相間的波沿彈簧傳播； 演示：敲擊音叉，聽到聲音，這是聲波在空氣中傳播（指明，雖然眼睛看不到波形，但它客觀存在，也是疏密相間的波形） （1）波產(chǎn)生的條件：波源；介質(zhì)。（為研究波的形成奠定基礎） （2）波是怎樣形成的呢？為什么會有不同的波形？波傳播的是什么呢？（設置疑問，激發(fā)學生的探究欲望） 實驗探索：探索波的形成原因和傳播規(guī)律： 實驗1：學生分組實驗：每兩人一條

4、絲帶（60cm左右），觀察絲帶上凹凸相間的波。 實驗步驟： （1）將絲帶一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖動，在絲帶上產(chǎn)生一列凹凸相間的波向另一端傳播。 （2）在絲帶上每隔大約2~3cm用墨水染上一個點，代表絲帶上的質(zhì)點。 重復步驟（1），觀察絲帶上的質(zhì)點依次被帶動著振動起來，振動沿絲帶傳播開去，在絲帶上形成凹凸相間的波。 思考：絲帶的一端振動后，為什么后面的質(zhì)點能被帶動著運動起來？_________________如果將絲帶剪斷，后面的質(zhì)點還能運動嗎？___________ 分析：絲帶上凹凸相間的波形是怎樣產(chǎn)生的？___________________（可以參閱課本第3

5、頁） 觀察：絲帶上的質(zhì)點是否隨波向遠處遷移？__________ 實驗2：觀察波動演示器上凹凸相間的波：（因器材有限，可以教師操作，引導學生注意觀察） 實驗步驟： （1）逆時針轉(zhuǎn)動搖柄，演示屏上的質(zhì)點排成一條水平線。（表示各質(zhì)點都處在平衡位置） （2）順時針轉(zhuǎn)動搖柄，各個質(zhì)點依次振動起來。（注意觀察各個質(zhì)點振動的先后順序） 現(xiàn)象： ①后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點開始振動的時刻_______，從總體上看形成凹凸相間的波。 ②各質(zhì)點的振動沿________方向，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點振動方向與波的傳播方向_______。 ③質(zhì)點是否沿波的傳播方向遷移？______

6、_ 這種波叫做橫波，在橫波中凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷。 實驗3：觀察彈簧上產(chǎn)生的疏密相間的波。 實驗步驟： （1）撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產(chǎn)生一列疏密相間的波沿彈簧傳播。 （2）在彈簧上某一位置系一根紅布條，代表彈簧上的質(zhì)點，重復步驟（1）。 觀察：紅布條是否隨波遷移？________說明了什么？_____________ 分析：彈簧上疏密相間的波形是怎樣產(chǎn)生的？____________________（類比絲帶上波產(chǎn)生的分析方法，鍛煉學生的知識遷移能力） 實驗4：觀察波動演示器上疏密相間的波： 實驗步驟： （1）逆時針轉(zhuǎn)動搖柄，演示屏上的質(zhì)

7、點排成一條水平線。 （2）順時針轉(zhuǎn)動搖柄，各個質(zhì)點依次振動起來。 現(xiàn)象： ①后面的質(zhì)點總比前面的質(zhì)點開始振動的時刻________，從總體上看形成疏密相間的波。 ②各質(zhì)點的振動沿________，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點振動方向與波的傳播方向_______。 ③質(zhì)點是否沿波的傳播方向遷移？_______ 這種波叫做縱波，在縱波中最密處叫做密部，最疏處叫做疏部。 結(jié)論： ①不論橫波還是縱波，介質(zhì)中各個質(zhì)點發(fā)生振動并不隨波遷移。因此，波傳播的是_________________，而不是介質(zhì)本身。 ②波傳來前，各個質(zhì)點是靜止的，波傳來后開始振動，說明他們獲得了能量。

8、這個能量是從波源通過前面的質(zhì)點傳來的。因此：波是傳遞_________的一種方式。 知識應用： （1）課本中提到地震波既有橫波，又有縱波。你能想象在某次地震時，位于震源正上方的建筑物，在縱波和橫波分別傳來時的振動情況嗎？為什么？（從理性認識回到感性認識，實現(xiàn)認識的第二次飛躍） （2）本來是靜止的質(zhì)點，隨著波的傳來開始振動，有關這一現(xiàn)象的說法正確的有： A、該現(xiàn)象表明質(zhì)點獲得了能量 B、質(zhì)點振動的能量是從波源傳來的 C、該質(zhì)點從前面的質(zhì)點獲取能量，同時也將振動的能量向后傳遞 D、波是傳遞能量的一種方式 E、如果振源停止振動，在介質(zhì)中傳播的波也立即停止 F、介質(zhì)質(zhì)點做的是受迫

9、振動 2、什么是波的圖象 振動質(zhì)點在某一時刻的位置連成的一條曲線，叫波的圖象。這就是質(zhì)點振動方向和波的傳播方向之間的關系問題。 3、振動方向和波的傳播方向的關系 例題1：一列橫波在某一時刻的波形圖如圖10-1所示。若此時刻質(zhì)點a的振動方向向下，則波向什么方向傳播？ 分析：取和a相鄰的兩個點b、c。若a點此時刻向下振動，則b點應是帶動a點振動的，c點應是在a點帶動下振動的。所以b點先振動，其次是a、c兩點。因此，波是向左傳播的。 4、波的圖象變化情況 確定波的圖象變化的情況有兩種方法：一是描點作圖法，二是圖象平移作圖法。（這一節(jié)課我們重點學習前一種方法） （1）描點作

10、圖法 例題2：某一簡諧波在t=0時刻的波形圖如圖10-2中的實線所示。若波向右傳播，畫出T/4后和T/4前兩個時刻的波的圖象。 分析：根據(jù)t=o時刻波的圖象及傳播方向，可知此時刻A、B、C、D、E、F各質(zhì)點在該時刻的振動方向，由各個質(zhì)點的振動方向可確定出經(jīng)T/4后各個質(zhì)點所在的位置，將這些點所在位置用平滑曲線連接起來，便可得到經(jīng)T/4后時刻的波的圖象。如圖10-2中虛線所示。 若波向左傳播，同樣道理可以畫出從t=o時刻開始的T/4后和T/4前兩個時刻的波的圖象。 下面請同學們在練習本上畫出波向左傳播，從t=0時刻開始的T/4后和T/4前兩個時刻的波的圖象。（可以請兩個學生到黑板

11、上練習，及時發(fā)現(xiàn)問題，進行針對性講評） （2）圖象平移作圖法 從波的圖象中的波形曲線我們看到，波的圖象和振動圖象從圖線形狀看，可以完全相同，但兩種圖象有著本質(zhì)的區(qū)別。 5、波的圖象與振動圖象的區(qū)別 （1）兩種圖象橫、縱坐標的意義不同。 波的圖象橫坐標x表示在波的傳播方向上各個質(zhì)點的平衡位置，振動圖象橫坐標t表示該質(zhì)點振動的時間。 （2）兩種圖象描述的對象不同 波的圖象描述的是某一時刻各個質(zhì)點偏離平衡位置的位移，振動圖象描述的是某一質(zhì)點在不同時刻偏離平衡位置的位移。 （3）兩種圖象相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離含義不同。 波的圖象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大

12、值之間的距離表示波在一個周期內(nèi)傳播的距離，振動圖象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離表示振動的周期。 鞏固練習 （1）一列橫波在某一時刻的波形如圖10-4所示，若質(zhì)點O此時向上運動，則波的傳播方向 ；若波向左傳播，則此時振動方向向下的質(zhì)點有 。 （2）如圖10-5所示是一列橫波在t=o時刻的波形圖。若波向左傳播，用“描點法”作出3T/4前時刻的波形圖。 6、波長（λ） 在教材中的圖10-5可以看出，由質(zhì)點1發(fā)出的振動傳到質(zhì)點13，使質(zhì)點13開始振動時，質(zhì)點1完成一次全振動，因而這兩個質(zhì)點的振動步調(diào)完全一

13、致。也就是說，至兩個質(zhì)點在振動中的任何時刻，對平衡位置的位移大小和方向總是相等的。我們就把這樣兩個質(zhì)點之間的距離叫做波長。 （1）在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質(zhì)點間的距離，叫做波的波長。 （2）幾點說明 要理解“位移總相等”的含義。這里要求的是每時每刻都相等。如圖10-10所示，如E、F兩點在圖示的時刻位移是相等的，但過一段時間后，位移就不一定相等，所以E、F兩點的距離就不等于一個波長。 第一、“位移總相等” 的含義是“每時每刻都相等”。從波的圖象中不難看出，位移總相等的兩個質(zhì)點，其速度也總是相等的。 第二、位移總相等的兩個質(zhì)點，其速度也總是相等的。在橫波中，兩個相鄰

14、波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離也等于波長。 結(jié)合圖10-10，我們可以看到，相距λ/2的兩個質(zhì)點振動總是相反的。進而可以總結(jié)出這樣的結(jié)論：相距λ整數(shù)倍的質(zhì)點振動步調(diào)總是相同的；相距λ/2奇數(shù)倍的質(zhì)點振動步調(diào)總是相反的。 為了描述波的傳播過程，還需要引入物理量——周期和頻率。 7、周期（T）、頻率（f） 波源質(zhì)點振動的周期（或頻率）也就是波傳播的周期（頻率）。 （1）波源質(zhì)點振動的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）。 （2）幾點說明 由于波的周期（或頻率）就是波源質(zhì)點振動周期（或頻率），所以波的周期（或頻率）應由波源決

15、定，與傳播波的介質(zhì)無關。 第一、同一種波在同一種介質(zhì)中傳播時周期（或頻率）保持不變。 第二、每經(jīng)過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。 第三、每經(jīng)歷一個周期，原有的波形圖不改變。 8、波速（v） 波速的含義和物體運動速度的含義是相同的。波速描述的是振動在介質(zhì)中傳播的快慢程度。 （1）單位時間內(nèi)振動所傳播的距離叫做波速。即v=s/t （2）幾點說明。 同一振動在不同介質(zhì)中傳播的快慢程度是不同的，也就是說，同一列波在不同介質(zhì)中傳播的速度不同。由此我們還可以想到，在同一均勻介質(zhì)中，同一列波的波速應是不變的。 第一、波速的大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播

16、速度不同。 第二、一列波在同一均勻介質(zhì)中是勻速傳播的，即s=vt。波速和質(zhì)點振動的速度有著完全不同的含義。前者在同種均勻介質(zhì)中具有某一定值，后者的大小和方向都是隨時間改變的。 第三、要區(qū)分波速與質(zhì)點振動速度的含義。由波長、周期、（或頻率）和波速的定義，我們可以看到三者有著一定的聯(lián)系。 9、波長、周期（或頻率）和波速的關系。 在波動中，每經(jīng)過一個周期T，振動在介質(zhì)中傳播的距離等于一個波長λ。由此我們可以找到λ、T（或f）和v三者之間的關系。 V = λ / T 由于周期T和頻率f互為倒數(shù)（即f=1/T），所以v、λ與f還應有如下對應關系。 V = λ f 由上式我們還可以這樣理解波速這個物理量，波速等于波長和頻率的乘積。這個關系雖然是從機械波得到的，但是它對于我們以后要學習的電磁波、光波也是適用的。 對于式v=λ/T或 v=λf，我們不但要理解，還要能應用他們解決實際問題。為了加深對以上兩式的理解和提高應用以上兩式分析問題和解決問題的能力。