高中物理教學(xué)論文-對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)的比較

PAGEPAGE4對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)的比較摘要:對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)的比較，在教學(xué)過(guò)程中以突出培養(yǎng)學(xué)生重新組合已有的知識(shí)組塊去解決新的物理問(wèn)題的能力。關(guān)鍵詞：重新組合已有知識(shí)組塊探究遷移拓展重組。振動(dòng)與波動(dòng)是物理學(xué)最重要的部分之一，它越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于理論研究、機(jī)械設(shè)計(jì)和科學(xué)技術(shù)各方面。振動(dòng)與波動(dòng)雖是物理學(xué)中最重要的部分之一，但在中學(xué)物理教學(xué)中，由于學(xué)時(shí)數(shù)的限制以及數(shù)學(xué)知識(shí)的不足，一直都沒(méi)被作為重點(diǎn)。振動(dòng)和波動(dòng)中的很多重要內(nèi)容，如：受迫振動(dòng)、共振、振動(dòng)的合成與分解、波的干涉和衍射，基本上只限于定性的討論或描述。在普通物理學(xué)中，對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)基本上有了完整的描述。根據(jù)振動(dòng)與波動(dòng)的知識(shí)特點(diǎn)，再結(jié)合物理教學(xué)任務(wù)，通過(guò)振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)可以更進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生重新組合已有的知識(shí)組塊去解決新的物理問(wèn)題的能力。因此，在振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)中，應(yīng)該充分體現(xiàn)這一點(diǎn)。1振動(dòng)與波動(dòng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)的比較對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)知識(shí)結(jié)構(gòu)的了解，有利于教學(xué)重難點(diǎn)的突破，有利于教學(xué)方法的選擇。因此，把振動(dòng)與波動(dòng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)列入教學(xué)比較中也是合理的。1.1振動(dòng)與波動(dòng)的主要內(nèi)容模塊定義及方程特征參量（A、ω、T、φ、υ、A等）同頻率的合成同方向簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成不同頻率的合成簡(jiǎn)諧振動(dòng)拍同頻率的合成振動(dòng)振動(dòng)的概述不同頻率的合成能量阻尼振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)的三種運(yùn)動(dòng)形式（弱阻尼、過(guò)阻尼、臨界阻尼運(yùn)動(dòng)）品質(zhì)因數(shù)受迫振動(dòng)方程受迫振動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)的振動(dòng)共振周期性振動(dòng)的頻譜分析振動(dòng)的分解 非周期性振動(dòng)的頻譜分析無(wú)阻尼自由振蕩電磁振蕩阻尼振蕩受迫振蕩力電類比波的類型描述簡(jiǎn)諧波的物理量（λ、T、υ、κ、u等）簡(jiǎn)諧波波速平面簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式球面簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式波的能量波動(dòng)方程波的反射波的折射波的一些傳播規(guī)律波的散射波的衍射波波動(dòng)的概述波的衰減波的疊加原理波的疊加波的干涉駐波（駐波的形成、特點(diǎn)、相位躍變）機(jī)械波的多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)電磁波的多普勒效應(yīng)沖擊波聲速、聲壓聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)聲波聲波的反射和折射的強(qiáng)度音樂(lè)與噪聲超聲波和次聲波電磁波的波動(dòng)方程電磁波的性質(zhì)電磁波的能量電磁波電磁波的動(dòng)量電磁波的輻射電磁波的反射和折射電磁波譜（2）對(duì)此波動(dòng)方程的具體求解，是難點(diǎn)。但他讓學(xué)生玩味了更一般的波動(dòng)規(guī)律，學(xué)生由它對(duì)波的一些傳播規(guī)律的定量論證，激發(fā)了學(xué)生探究物理規(guī)律的興趣。振動(dòng)與波動(dòng)中還有許多重要內(nèi)容而且不可或缺，為什么沒(méi)有作為重難點(diǎn)而一一提出呢？原因在于：要學(xué)好物理，學(xué)生必須具有重新組合已有知識(shí)塊去提出、解決新的物理問(wèn)題的能力，簡(jiǎn)諧振動(dòng)與簡(jiǎn)諧波，振動(dòng)方程與波動(dòng)方程作為重難點(diǎn)進(jìn)行講述之后，振動(dòng)與波動(dòng)的其它重要的內(nèi)容正是培養(yǎng)學(xué)生重新組合已有知識(shí)組塊去提出、解決新的物理問(wèn)題的能力，這些重要的內(nèi)容可讓學(xué)生在已有物理環(huán)境中探究。力學(xué)中對(duì)機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波的充分討論，有助于激活學(xué)生對(duì)非機(jī)械振動(dòng)的探求，進(jìn)而完成電磁振蕩與電磁波的學(xué)習(xí)。3振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)方法的比較在教學(xué)重難點(diǎn)分析中，也部分地涉及到了教學(xué)方法。下面將對(duì)振動(dòng)與波動(dòng)的主要教學(xué)方法進(jìn)行總結(jié)并舉例。簡(jiǎn)諧振動(dòng)與簡(jiǎn)諧波主要采用數(shù)學(xué)演繹，類比，啟發(fā)式綜合教學(xué)法；而振動(dòng)方程與波動(dòng)方程主要采取邏輯法（包括比較，歸納、演繹、分析、綜合等），綜合·引探法，數(shù)學(xué)演繹及有序啟動(dòng)式教學(xué)方法。3.1簡(jiǎn)諧振動(dòng)中知識(shí)遷移、拓展及重組的例子。在分析簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程之后，進(jìn)而討論了簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征參量。下面對(duì)矢量圖示法進(jìn)行知識(shí)遷移、拓展及重組舉一例子。討論：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直徑分運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)作如圖所示的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓半徑設(shè)為A，相對(duì)圓心的旋轉(zhuǎn)矢徑可記為A，旋轉(zhuǎn)角速度設(shè)為ω，質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m，t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的向心力便是Fn=-mω2A（3）在沿某直徑的x軸方向上的分力為Fx=Fn·i=-mω2A·i（4）式中i是x軸方向矢量。因A·i=x（5）其中x即為t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的x坐標(biāo)。所以Fx=-kx(k=mω2)（6a）可見(jiàn)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在任一直徑的方向上所受的力都是線性恢復(fù)力，因此在該方向上的運(yùn)動(dòng)必定是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。又ν=ωАan=ω2A（7）則可導(dǎo)出x=A·i=Acos(ωt+φ)（8）vx=v·i=-ωАsin(ωt+φ)（9）ax=an·i=-ω2Acos(ωt+φ)=-ω2x（10）據(jù)此可理解：若質(zhì)點(diǎn)x方向上受力Fx=-kx(k>0)（6b）則它在x方向上所作的簡(jiǎn)諧振動(dòng)必如導(dǎo)出式所示，其中振動(dòng)角頻率為ω=(k/m)1/2,線量x的簡(jiǎn)諧振動(dòng)中，式(10)與式(6a)是等價(jià)的，因?yàn)榻Y(jié)合牛頓第二定律可由式(10)導(dǎo)得式(6a)。于是可以說(shuō)，若質(zhì)點(diǎn)在線振動(dòng)方向的加速度ax與線振動(dòng)量x之間的關(guān)系為ax=-ω2x(11)則對(duì)應(yīng)的必定是以ω為角頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。引伸到角振動(dòng)量θ，若角加速度β與θ角間的關(guān)系為β=-ω2θ(12)則對(duì)應(yīng)的也定是以ω為角頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，即必有θ=θ0cos(ωt+φ)(13)Ω=dθ/dt=-ωθ0sin(ωt+φ)(14)β=dΩ/dt=-ω2θ0cos(ωt+φ)=-ω2θ(15)對(duì)這個(gè)例子的講述，充分體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生已有知識(shí)組塊重組的要求。3.2舉一簡(jiǎn)諧波的知識(shí)重組的例子已知的空氣中一平面簡(jiǎn)諧余弦波的振源O距一固定反射面B的距離L=3m，該波振幅A=0.05m,圓頻率ω=2πrad/s,向反射面的傳播速度v=3m/s試求:①.反射波的表達(dá)式;②.空間某點(diǎn)P(在OB之間)的合成波的表達(dá)式;③.在距波源為1m處C點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律.本題在教學(xué)過(guò)程中,不但發(fā)散了學(xué)生的思維,培養(yǎng)了學(xué)生論證問(wèn)題的全面性,而且也在啟發(fā)中培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)已有知識(shí)組塊重組的能力。如對(duì)入射波的波動(dòng)方程，反射波的振動(dòng)方程及波動(dòng)方程的求解，合成波的波動(dòng)方程及C點(diǎn)的振動(dòng)方程的定解問(wèn)題。對(duì)振動(dòng)方程與波動(dòng)方程的分析，討論，充分體現(xiàn)了多重知識(shí)的應(yīng)用，這也正是教學(xué)中應(yīng)充分注重的已有知識(shí)組塊重組的表現(xiàn)。這方面的例子很多在此不作一一列舉。另外，多普勒效應(yīng)，不但重組了機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械波與相對(duì)性原理的知識(shí)組塊，而且重組了狹義相對(duì)論，電磁振蕩與電磁波的知識(shí)組塊。又在教學(xué)中給學(xué)生以能力的培養(yǎng)。事實(shí)早已證明，物理學(xué)的發(fā)展要求物理學(xué)家們不斷重組已有知識(shí)組塊去提出、解決新的物理問(wèn)題，從而又進(jìn)一步推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。因此，在振動(dòng)與波動(dòng)教學(xué)比較中，應(yīng)該充分意識(shí)到培養(yǎng)學(xué)生重新組合已有的知識(shí)組塊去解決新的物理問(wèn)題的能力的重要性；而不是讓學(xué)生在“題海戰(zhàn)術(shù)”中熟練已有的知識(shí)，把知識(shí)學(xué)死。參考文獻(xiàn)：[1]梁昆淼，數(shù)學(xué)物理方法（第三版）[M]，北京：高等教育出版社，199