魯科版選修34 2.1 波的形成和描述 教案.doc

1、波的形成和描述 （2課時(shí)）l 【教學(xué)目標(biāo)】：1. 知識(shí)與技能 （1） 認(rèn)識(shí)波的產(chǎn)生和形成條件，理解波的概念、實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)，以及波和振動(dòng)的關(guān)系，能夠?qū)C(jī)械波進(jìn)行分類（2） 知道波向外傳播的是運(yùn)動(dòng)形式和能量（3） 理解波的圖象的意義，知道波的圖象中橫縱坐標(biāo)各表示什么物理量，知道什么是簡諧波。（4） 掌握波的特征，能在簡諧波的圖象中指出波長和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅。理解波長、頻率和波速的物理意義及其定量關(guān)系。2. 過程與方法：通過觀察繩波，知道機(jī)械波的形成過程，通過對(duì)現(xiàn)象的觀察與分析，培養(yǎng)觀察和思考能力，并在討論中養(yǎng)成敢于發(fā)表自己觀點(diǎn)，既堅(jiān)持原則又尊重他人的良好習(xí)慣。l 【教學(xué)重點(diǎn)】： 機(jī)械波的形成和概念l 【教學(xué)難點(diǎn)】：l 波的圖象與振動(dòng)圖象易混淆。l 【教學(xué)器材】：l 波動(dòng)演示儀（橫波和縱波）、“橫波的形成”掛圖、flash課件“橫波和縱波”l 【教法學(xué)法】：l 實(shí)驗(yàn)觀察，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)問題l 【教學(xué)過程設(shè)計(jì) 】：第1課時(shí)1、 導(dǎo)入：實(shí)驗(yàn)及視頻（1） 演示：用手握住柔軟繩子的一端在“光滑”的水平面上抖動(dòng)（觀察繩子的運(yùn)動(dòng)）繩波：用手握住繩子的一端上下抖動(dòng)，就會(huì)看到凸凹相間的波向繩的另一端傳播出去，形成繩波；視頻素材：體操運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行長綢舞、舞龍表演、（2） 演示：在水面上的某處周期性的施加擾動(dòng)（觀察水面的運(yùn)動(dòng)）水波：向平靜的水面投一小石子或用小樹枝不斷地點(diǎn)水，會(huì)看到水面上一圈圈起伏不平的波紋逐漸向四周傳播出去，形成水波。（3） 視頻素材：聯(lián)系影片功夫中的“獅子吼”） 在以上的事實(shí)中，我們或看到了一種在空間形成的、起伏跌蕩的運(yùn)動(dòng)，或感受到了一種振動(dòng)能量通過介質(zhì)的傳播。這就是我們本章要研究的一種特殊運(yùn)動(dòng)波。以上這些波都叫做機(jī)械波。板書：機(jī)械波的概念：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播就形成機(jī)械波2、 新課教學(xué)【板書】：1.機(jī)械波波的形成(1)介質(zhì)模型：把介質(zhì)看成由無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)彈性連接而成，可以想象為(圖1所示)(2)機(jī)械波的形成過程：由于相鄰質(zhì)點(diǎn)的彈力的作用，當(dāng)介質(zhì)中某一質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)周圍的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)起來，從而使振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播。例如：圖2表示繩上一列波的形成過程。圖中1到18各小點(diǎn)代表繩上的一排質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)間有彈力聯(lián)系著。圖中的第一行表示在 時(shí)刻(t=0)各質(zhì)點(diǎn)的位置，這時(shí)所有質(zhì)點(diǎn)都處在平衡位置。其中第一個(gè)質(zhì)點(diǎn)受到外力作用將 在垂直方向上做簡諧運(yùn)動(dòng)，設(shè)振動(dòng)周期為t，則第二行表示經(jīng)過t4時(shí)各質(zhì)點(diǎn)的位置，這時(shí)質(zhì)點(diǎn)1已達(dá)到最大位移，正 向下運(yùn)動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)2的振動(dòng)較質(zhì)點(diǎn)1落后一些，仍向上運(yùn)動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)3更落后一些，此時(shí)振動(dòng)剛傳到了質(zhì)點(diǎn)4。第三行表示經(jīng)過t2時(shí)各質(zhì)點(diǎn)的位置，這時(shí)質(zhì)點(diǎn)1又回到平衡位置，并繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)4剛到達(dá)最大位移處，此時(shí)振動(dòng)傳到了質(zhì)點(diǎn)7。依次推論，第四、五、六行分別表示了經(jīng)過3t4、t和5t4后的各質(zhì)點(diǎn)的位置，并分別顯示了各個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)所排列成的波形。歸納：(1)水、繩等物質(zhì)，可以分成許多小部分，每一部分看作質(zhì)點(diǎn).(2)在無外來擾動(dòng)之前，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)排列在同一直線上，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所在的位置稱為各自的平衡位置.(3)由于外來的擾動(dòng)，在水、繩中的某一質(zhì)點(diǎn)會(huì)引起振動(dòng)，首先振動(dòng)的這個(gè)質(zhì)點(diǎn)稱為波源.(4)由于介質(zhì)之間存在著相互作用力，作為振源的質(zhì)點(diǎn)就帶動(dòng)周圍質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，并依次帶動(dòng)鄰近質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，于是振動(dòng)就在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)地傳播?！景鍟浚海?）.形成的條件：對(duì)以上過程的分析可知，如果沒有初始的振動(dòng)，會(huì)不會(huì)有波的形成？在以上的事例中，如果繩子斷掉、沒有水、沒有空氣，以上的波還會(huì)傳播嗎？所以波的形成需要兩個(gè)條件，一是產(chǎn)生振動(dòng)的波源，二是能夠使機(jī)械波傳播的物質(zhì)介質(zhì)。振源產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的物質(zhì)，如在繩波中繩子端點(diǎn)在手的作用下不停抖動(dòng)就是振源。介質(zhì)傳播振動(dòng)的介質(zhì)，如繩子、水?！景鍟浚海?）.波是振動(dòng)和能量的傳播，而不是質(zhì)點(diǎn)的傳播設(shè)問：在上面的“波的形成過程”分析中，第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，第2個(gè)質(zhì)點(diǎn)為什么會(huì)振動(dòng)？提問：第2個(gè)質(zhì)點(diǎn)做的是什么振動(dòng)？周期和第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)有什么關(guān)系、頻率有什么關(guān)系？（振動(dòng)圖象有什么關(guān)系？）通過上面關(guān)于形成過程的分析，我們發(fā)現(xiàn)，波的傳播路徑上，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)特征都和波源的振動(dòng)特征相同。理解這一點(diǎn)是至關(guān)重要的，這意味著波是信息傳播的重要手段。提問：利用波能傳播信息，是我們要學(xué)習(xí)、應(yīng)用波的重要出發(fā)點(diǎn)，大家還能舉出這方面（波傳播信息）的例子嗎？用投影片展示水波的形成過程，注意提示學(xué)生觀察水面上兩塊小塑料片的運(yùn)動(dòng)情況. 演示橫波演示器，實(shí)驗(yàn)說明了波傳播的過程中介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都只在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并不隨著波一起傳播。從聲波能震碎酒杯這樣的事實(shí)，我們已經(jīng)感受到波能傳播能量。在醫(yī)院里，醫(yī)生要治療病人的結(jié)石，有些什么手段？超聲波碎石就是手段之一。這些事實(shí)都說明波是能量傳播的手段之一，這也正是物理學(xué)對(duì)波感興趣的原因之一。提問：請(qǐng)大家結(jié)合生活或傳媒，舉出波能傳播能量的事例。（武打片中，關(guān)于“隔山打?！奔夹g(shù)的描述就屬于此）歸納出：(1)機(jī)械波是構(gòu)成介質(zhì)的無數(shù)質(zhì)點(diǎn)的一種共同運(yùn)動(dòng)形式；(2)當(dāng)介質(zhì)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各自的平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波遷移，機(jī)械波向外傳播的只是機(jī)械振動(dòng)的形式；(3)波是傳播能量的一種方式?！景鍟浚海?）.橫波和縱波（1） 波的分類：按激發(fā)的方式（如聲波、地震波）、按傳播的空間（如一維波、二維波）、按波形（如正弦波、方波）、按振動(dòng)方向和傳播方向的關(guān)系（如）（2） 橫波和縱波按波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可以將波分為兩類：橫波和縱波。a 橫波：波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直的波定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。波形特點(diǎn)：凸凹相間的波紋(觀察橫波演示器)，又叫起伏波。如圖3波形所示。相關(guān)名詞：波峰、波谷生活中的橫波（學(xué)生列舉）是不是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一定要和傳播方向垂直呢？演示縱波演示器。提問：這是不是波？（是不是振動(dòng)的傳播？是不是能量的傳播？）b 縱波定義：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一條直線上。這樣的波是否還具有起伏跌蕩的外部特征？所以，我們只好用另外的名詞來描述它波形特點(diǎn)：疏密相間的波形，又叫疏密波。如圖4波形所示。相關(guān)名詞：疏部、密部生活中的縱波（學(xué)生列舉）例：聲波是縱波，其中：振源聲帶；介質(zhì)空氣、固體、液體。一般來講，波源的種類和波的種類有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但也有這樣的現(xiàn)象：同一個(gè)波源在振動(dòng)時(shí)，可能同時(shí)激發(fā)橫波和縱波（如地震）。事實(shí)上，還有這樣的波存在，那就是：傳播方向和振動(dòng)方向既不垂直，也不在一條直線上，因?yàn)樗容^復(fù)雜，我們這里不做詳細(xì)介紹（如嚴(yán)格意義上的水波）。從傳播的介質(zhì)角度來看，橫波只能在彈性的固體介質(zhì)種傳播，但縱波卻可以在固體、液體和氣體三種介質(zhì)種傳播?！景鍟浚?.描述機(jī)械波的物理量(1)波長定義：沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的在振動(dòng)過程中對(duì)平衡位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離。單位：米（m）符號(hào)：演示：觀察演示儀器，從中可以看出：在橫波中波長等于相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間的距離；在縱波中波長等于相鄰兩個(gè)密部或疏部的中央之間的距離。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)形式在介質(zhì)中傳播的距離恰好等于一個(gè)波長，即在一個(gè)周期里振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長。(2)波速定義：波的傳播快慢，其大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定的，在不同的介質(zhì)中速度并不相同。單位：米/秒（m/s） 符號(hào)：v表達(dá)式：v=/t(3)頻率質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期又叫做波的周期(t)；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率又叫做波的頻率(f)。波的振動(dòng)周期和頻率只與振源有關(guān)，與介質(zhì)無關(guān)。3.小結(jié)及課堂練習(xí)：（1） 波是振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，波是傳遞能量的一種形式，在介質(zhì)中各點(diǎn)接受傳遞過來的能量，依同樣的振動(dòng)形式振動(dòng)，介質(zhì)中距離波源越遠(yuǎn)的點(diǎn) 振動(dòng)的時(shí)間越晚。機(jī)械波向外傳遞的只是運(yùn)動(dòng)的形式機(jī)械振動(dòng)，介質(zhì)本身并不隨波遷移。（2） 產(chǎn)生機(jī)械波的條件：有振源和傳播振動(dòng)的介質(zhì)。例：下列說法正確的是（ ）a、有機(jī)械振動(dòng)，一定有機(jī)械波（逆命題成立否？）b、在同一列波的傳播路徑上，所有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率都是相同的（頻率換成振幅，成立否？）c、波在傳播時(shí)，界質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)也隨波發(fā)生了遷移d、橫波在傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向都是豎直的【布置作業(yè)】：書p29/例題l p2526/1、2、3、4、11第2課時(shí)1、 導(dǎo)入新課用多媒體模擬一列橫波形成后某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的情況：機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)里的傳播過程，從波源 ，隨著波的傳播，介質(zhì)中的大量質(zhì)點(diǎn)先后 振動(dòng)起來，雖然這些質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近做重復(fù)波源的振動(dòng)。但由于它們振動(dòng)步調(diào)不一致，所以，在某一時(shí)刻介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)對(duì)平衡位置的位移各不相同。為了從總體上形象地描繪出波的運(yùn)動(dòng)情況，物理學(xué)中采用了波的圖象。本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個(gè)問題：板書課題：波的圖象.2、 新課教學(xué)（1） 波的圖象的建立：學(xué)生閱讀課文，回答下列問題：a：波的圖象中橫坐標(biāo)軸和縱坐標(biāo)軸的物理意義如何？b：在坐標(biāo)軸意義確定的情況下，如何描繪得到波的圖象？學(xué)生閱讀后，回答上述問題：教師講解并用多媒體展示：a:用橫坐標(biāo)x表示在波的傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置.縱坐標(biāo)y表示某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移.00xxyy第一步第二、三步b:在坐標(biāo)軸意義確定的情況下，規(guī)定橫波中位移的方向向上時(shí)為正值.位移的方向向下時(shí)為負(fù)值，在xoy坐標(biāo)平面上，畫出各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置x與各個(gè)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移y的各個(gè)點(diǎn)(x,y)，并把這些點(diǎn)連成曲線，就得到某一時(shí)刻的波的圖象.c:分步描繪波的圖象.第一步：描出坐標(biāo)軸.第二步：描出各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置x與各該質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移y的各個(gè)點(diǎn)(x,y).第三步：把上述點(diǎn)連成曲線.（2） 圖象的特點(diǎn)：橫波的圖象特點(diǎn)：a.用多媒體展示繩子中形成的橫波及作出的橫波的圖象.b.學(xué)生比較后得到：橫波的圖象的形狀和波在傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻的分布形成相似.波的圖象又叫波形圖?？v波的圖象較為復(fù)雜，不再深入討論。c.教師總結(jié)：波形中的波峰也就是圖象中的位移正向最大值，波谷即為圖象中位移負(fù)向最大值.波形中通過平衡位置的質(zhì)點(diǎn)在圖象中也恰處于平衡位置.教師講解圖象的物理意義.波的圖象是振動(dòng)在介質(zhì)中傳播過程中某一時(shí)刻的一幅“照片”，即表示在波的傳播過程中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻偏離各自平衡位置的位移.教師比喻：波的圖象的物理意義與下列例子中的情況相似：下課后，同學(xué)們都將偏離自己的座位，此時(shí)，我們用照相機(jī)給全體同學(xué)照一張像，通過照片即可得到在同一時(shí)刻各位同學(xué)的活動(dòng)情況.【板書】：波的圖象表示介質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻偏離各自平衡位置的情況.（3） 由波的圖象可獲取的信息：用多媒體出示一幅波的圖象.學(xué)生討論后總結(jié)可得到的信息：a:可以直接看出在該時(shí)刻沿傳播方向上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移：方法是：找到圖線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)，則該縱坐標(biāo)的值表示的是各點(diǎn)在該時(shí)刻的位移.b:可以看出在波的傳播過程中介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅a.方法是：波動(dòng)圖線上縱坐標(biāo)最大值的絕對(duì)值就是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振幅a.c：教師講解如何判斷沿傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向.展示一幅波的圖象.方法1：特殊點(diǎn)法：根據(jù)波的傳播方向確定波源方位，把該點(diǎn)與其附近的波峰或波谷進(jìn)行比較。方法2：平移法：作出經(jīng)微小時(shí)間t（t）后的波形，就知道了各質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過t到達(dá)的位置，則運(yùn)動(dòng)方向就知道了。【板書】：3.簡諧波a：學(xué)生閱讀課文有關(guān)內(nèi)容.b：出示思考題.a) 什么是簡諧波？b) 簡諧波的波形圖有什么特點(diǎn)？為什么會(huì)出現(xiàn)兩種不同的波形？c) 簡諧波的波源振動(dòng)有什么特點(diǎn)？d) 對(duì)于簡諧波而言，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期和振幅有什么關(guān)系？c：學(xué)生回答上述問題.簡諧波是最基本最簡單的波.它是由做簡諧運(yùn)動(dòng)的波源引起的；簡諧波的波形圖線是正弦曲線或余弦曲線，之所以出現(xiàn)上述兩種曲線是由于所選計(jì)時(shí)起點(diǎn)的不同而產(chǎn)生的.如果以平衡位置 計(jì)時(shí)，則得到的是正弦曲線，如果以物體振動(dòng)到最大位移處 計(jì)時(shí)，則得到的是余弦曲線；簡諧波的波源做的是簡諧振動(dòng)；對(duì)于簡諧波而言，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅都相同，各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期都與波源振動(dòng)的周期相同.【板書】：4.波的圖象與振動(dòng)圖象的區(qū)別(1)橫坐標(biāo)代表的物理量不同.(2)振動(dòng)圖象表示的是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，而波的圖象表示的是許多質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況.振動(dòng)圖象波的圖象1用橫坐標(biāo)表示時(shí)間t用橫坐標(biāo)表示各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置2用縱坐標(biāo)表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移用縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移3能直觀地表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況能直觀地表示一列波在時(shí)刻t的波形4能直接得出振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移能直接得出各質(zhì)點(diǎn)在時(shí)刻t的位移5能得到振動(dòng)的振幅能得到波的振幅3、 鞏固訓(xùn)練（1） 一列波沿水平方向傳播，某時(shí)刻的波形如圖所示，則圖中a、b、c、d四點(diǎn)在此時(shí)刻具有相同運(yùn)動(dòng)方向的是（bc）aa和c bb和c ca和d db和d（2） 如圖3所示為一列簡諧波在某一時(shí)刻的波的圖象。求：(1)該波的振幅和波長。(2)已知波向右傳播，說明a、b、c、d質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向。(3)畫出經(jīng)過 t4后的波的圖象。解：(1)振幅是質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的最大位移，波長是兩個(gè)相鄰的峰峰或谷谷之間的距離，所以振幅a=5cm，波長=20m。(2)根據(jù)波的傳播方向和波的形成過程，可以知道質(zhì)點(diǎn)b 的時(shí)間比它左邊的質(zhì)點(diǎn)a要滯后一些，質(zhì)點(diǎn)a已到達(dá)正向最大位移處，所以質(zhì)點(diǎn)b此時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向是向上的，同理可判斷出c、d質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是向下的。(3)由于波是向右傳播的，由此時(shí)刻經(jīng)t/4后波的圖象，即為此時(shí)刻的波形沿波的傳播方向推進(jìn)4的波的圖象，如圖4所示?！居懻撆c交流】：1若已知波速為20ms，從圖示時(shí)刻 計(jì)時(shí)，說出經(jīng)過5s， c點(diǎn)的位移和通過的路程。2若波是向左傳播的，以上問題的答