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(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）知道直線上機(jī)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(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播，形成機(jī)械波”，知道波在傳播運(yùn)動(dòng)形式的同時(shí)也傳遞了能量。 （5）知道波的圖象，知道橫、縱坐標(biāo)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(diǎn)振動(dòng)的振幅； （7）根據(jù)某一時(shí)刻的波的圖象和波的傳播方向，能畫出下一時(shí)刻和前一時(shí)刻的波的圖象，并能指出圖象中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)兩者的圖象

2、。 2、過程與方法：通過實(shí)驗(yàn)演示、觀察、分析，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索的能力。從而，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和思維能力。 3、情感他、態(tài)度與價(jià)值觀： 教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)械波的形成過程及傳播規(guī)律及波的圖象認(rèn)識(shí)及畫波形圖。 教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)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(xué)方法：實(shí)驗(yàn)探索和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。 教學(xué)教具：絲帶、波動(dòng)演示箱、水平懸掛的長彈簧、音叉、波動(dòng)演示儀（－）引入新課 演示：抖動(dòng)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(gè)簡單的例子中，我們接觸到一種廣泛存在的運(yùn)動(dòng)形式——波動(dòng)，請(qǐng)同學(xué)們?cè)倥e出幾個(gè)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(jī)械波，無線電波、光波都是電磁波。這一章我們學(xué)習(xí)機(jī)械波的知識(shí)，以后還會(huì)學(xué)習(xí)電磁波的知識(shí)。 （二）進(jìn)行新課 現(xiàn)在學(xué)習(xí)第一節(jié)，波的形成和傳播。 1、波的形成和傳播 演示：撥動(dòng)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(huì)有不同的波形？波傳播的是什么呢？（設(shè)置疑問，激發(fā)學(xué)生的探究欲望） 實(shí)驗(yàn)探索：探索波的形成原因和傳播規(guī)律： 實(shí)驗(yàn)1：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：每兩人一條

4、絲帶（60cm左右），觀察絲帶上凹凸相間的波。 實(shí)驗(yàn)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(dòng)，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(gè)點(diǎn)，代表絲帶上的質(zhì)點(diǎn)。 重復(fù)步驟（1），觀察絲帶上的質(zhì)點(diǎn)依次被帶動(dòng)著振動(dòng)起來，振動(dòng)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(dòng)后，為什么后面的質(zhì)點(diǎn)能被帶動(dòng)著運(yùn)動(dòng)起來？_________________如果將絲帶剪斷，后面的質(zhì)點(diǎn)還能運(yùn)動(dòng)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(diǎn)是否隨波向遠(yuǎn)處遷移？__________ 實(shí)驗(yàn)2：觀察波動(dòng)演示器上凹凸相間的波：（因器材有限，可以教師操作，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察） 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，演示屏上的質(zhì)點(diǎn)排成一條水平線。（表示各質(zhì)點(diǎn)都處在平衡位置） （2）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)起來。（注意觀察各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的先后順序） 現(xiàn)象： ①后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的時(shí)刻_______，從總體上看形成凹凸相間的波。 ②各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)沿________方向，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向_______。 ③質(zhì)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)3：觀察彈簧上產(chǎn)生的疏密相間的波。 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）撥動(dòng)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(diǎn)，重復(fù)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(xué)生的知識(shí)遷移能力） 實(shí)驗(yàn)4：觀察波動(dòng)演示器上疏密相間的波： 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，演示屏上的質(zhì)

7、點(diǎn)排成一條水平線。 （2）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次振動(dòng)起來。 現(xiàn)象： ①后面的質(zhì)點(diǎn)總比前面的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的時(shí)刻________，從總體上看形成疏密相間的波。 ②各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)沿________，波的傳播沿_______方向，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向_______。 ③質(zhì)點(diǎn)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(gè)質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)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(gè)質(zhì)點(diǎn)是靜止的，波傳來后開始振動(dòng)，說明他們獲得了能量。

8、這個(gè)能量是從波源通過前面的質(zhì)點(diǎn)傳來的。因此：波是傳遞_________的一種方式。 知識(shí)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(shí)，位于震源正上方的建筑物，在縱波和橫波分別傳來時(shí)的振動(dòng)情況嗎？為什么？（從理性認(rèn)識(shí)回到感性認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的第二次飛躍） （2）本來是靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著波的傳來開始振動(dòng)，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(diǎn)獲得了能量 B、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量是從波源傳來的 C、該質(zhì)點(diǎn)從前面的質(zhì)點(diǎn)獲取能量，同時(shí)也將振動(dòng)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(dòng)，在介質(zhì)中傳播的波也立即停止 F、介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做的是受迫

9、振動(dòng) 2、什么是波的圖象 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位置連成的一條曲線，叫波的圖象。這就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向之間的關(guān)系問題。 3、振動(dòng)方向和波的傳播方向的關(guān)系 例題1：一列橫波在某一時(shí)刻的波形圖如圖10-1所示。若此時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)a的振動(dòng)方向向下，則波向什么方向傳播？ 分析：取和a相鄰的兩個(gè)點(diǎn)b、c。若a點(diǎn)此時(shí)刻向下振動(dòng)，則b點(diǎn)應(yīng)是帶動(dòng)a點(diǎn)振動(dòng)的，c點(diǎn)應(yīng)是在a點(diǎn)帶動(dòng)下振動(dòng)的。所以b點(diǎn)先振動(dòng)，其次是a、c兩點(diǎn)。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(diǎn)作圖法，二是圖象平移作圖法。（這一節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)前一種方法） （1）描點(diǎn)作

10、圖法 例題2：某一簡諧波在t=0時(shí)刻的波形圖如圖10-2中的實(shí)線所示。若波向右傳播，畫出T/4后和T/4前兩個(gè)時(shí)刻的波的圖象。 分析：根據(jù)t=o時(shí)刻波的圖象及傳播方向，可知此時(shí)刻A、B、C、D、E、F各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向，由各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可確定出經(jīng)T/4后各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的位置，將這些點(diǎn)所在位置用平滑曲線連接起來，便可得到經(jīng)T/4后時(shí)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(shí)刻開始的T/4后和T/4前兩個(gè)時(shí)刻的波的圖象。 下面請(qǐng)同學(xué)們?cè)诰毩?xí)本上畫出波向左傳播，從t=0時(shí)刻開始的T/4后和T/4前兩個(gè)時(shí)刻的波的圖象。（可以請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生到黑板

11、上練習(xí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行針對(duì)性講評(píng)） （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(dòng)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(dòng)圖象的區(qū)別 （1）兩種圖象橫、縱坐標(biāo)的意義不同。 波的圖象橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，振動(dòng)圖象橫坐標(biāo)t表示該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間。 （2）兩種圖象描述的對(duì)象不同 波的圖象描述的是某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移，振動(dòng)圖象描述的是某一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻偏離平衡位置的位移。 （3）兩種圖象相鄰兩個(gè)正向（或負(fù)向）位移最大值之間的距離含義不同。 波的圖象中相鄰兩個(gè)正向（或負(fù)向）位移最大

12、值之間的距離表示波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離，振動(dòng)圖象中相鄰兩個(gè)正向（或負(fù)向）位移最大值之間的距離表示振動(dòng)的周期。 鞏固練習(xí) （1）一列橫波在某一時(shí)刻的波形如圖10-4所示，若質(zhì)點(diǎn)O此時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，則波的傳播方向 ；若波向左傳播，則此時(shí)振動(dòng)方向向下的質(zhì)點(diǎn)有 。 （2）如圖10-5所示是一列橫波在t=o時(shí)刻的波形圖。若波向左傳播，用“描點(diǎn)法”作出3T/4前時(shí)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(diǎn)1發(fā)出的振動(dòng)傳到質(zhì)點(diǎn)13，使質(zhì)點(diǎn)13開始振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1完成一次全振動(dòng)，因而這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)完全一

13、致。也就是說，至兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)中的任何時(shí)刻，對(duì)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(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的距離叫做波長。 （1）在波動(dòng)中，對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離，叫做波的波長。 （2）幾點(diǎn)說明 要理解“位移總相等”的含義。這里要求的是每時(shí)每刻都相等。如圖10-10所示，如E、F兩點(diǎn)在圖示的時(shí)刻位移是相等的，但過一段時(shí)間后，位移就不一定相等，所以E、F兩點(diǎn)的距離就不等于一個(gè)波長。 第一、“位移總相等” 的含義是“每時(shí)每刻都相等”。從波的圖象中不難看出，位移總相等的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其速度也總是相等的。 第二、位移總相等的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其速度也總是相等的。在橫波中，兩個(gè)相鄰

14、波峰或兩個(gè)相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中，兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)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(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)總是相反的。進(jìn)而可以總結(jié)出這樣的結(jié)論：相距λ整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)總是相同的；相距λ/2奇數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)的周期（或頻率）也就是波傳播的周期（頻率）。 （1）波源質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）。 （2）幾點(diǎn)說明 由于波的周期（或頻率）就是波源質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)周期（或頻率）保持不變。 第二、每經(jīng)過一個(gè)周期的時(shí)間波就沿傳播方向傳播一個(gè)波長的距離。 第三、每經(jīng)歷一個(gè)周期，原有的波形圖不改變。 8、波速（v） 波速的含義和物體運(yùn)動(dòng)速度的含義是相同的。波速描述的是振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢程度。 （1）單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)所傳播的距離叫做波速。即v=s/t （2）幾點(diǎn)說明。 同一振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)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(shí)間改變的。 第三、要區(qū)分波速與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(dòng)中，每經(jīng)過一個(gè)周期T，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系。 V = λ f 由上式我們還可以這樣理解波速這個(gè)物理量，波速等于波長和頻率的乘積。這個(gè)關(guān)系雖然是從機(jī)械波得到的，但是它對(duì)于我們以后要學(xué)習(xí)的電磁波、光波也是適用的。 對(duì)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(shí)際問題。為了加深對(duì)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。