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(guān)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(chǔ)） （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(shè)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(yīng)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(guān)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(guān)系問題。 3、振動方向和波的傳播方向的關(guān)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(yīng)是帶動a點振動的，c點應(yīng)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(yīng)由波源決

15、定，與傳播波的介質(zhì)無關(guān)。 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(yīng)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(guān)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(guān)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(yīng)有如下對應(yīng)關(guān)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(guān)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(yīng)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(yīng)用以上兩式分析問題和解決問題的能力。