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）l 【教學目標】：1. 知識與技能 （1） 認識波的產(chǎn)生和形成條件，理解波的概念、實質和特點，以及波和振動的關系，能夠對機械波進行分類（2） 知道波向外傳播的是運動形式和能量（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點振動的振幅。理解波長、頻率和波速的物理意義及其定量關系。2. 過程與方法：通過觀察繩波，知道機械波的形成過程，通過對現(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，既堅持原則又尊重他人的良好習慣。l 【教學重點】： 機械波的形成和概念l 【教學難點】：l 波的圖象與振動圖象易混淆。l 【教學器材】：l 波動演示儀（橫波和縱波）、“橫波的形成”掛圖、flash課件“橫波和縱波”l 【教法學法】：l 實驗觀察，計算機輔助教學問題l 【教學過程設計 】：第1課時1、 導入：實驗及視頻（1） 演示：用手握住柔軟繩子的一端在“光滑”的水平面上抖動（觀察繩子的運動）繩波：用手握住繩子的一端上下抖動，就會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：體操運動員進行長綢舞、舞龍表演、（2） 演示：在水面上的某處周期性的施加擾動（觀察水面的運動）水波：向平靜的水面投一小石子或用小樹枝不斷地點水，會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”） 在以上的事實中，我們或看到了一種在空間形成的、起伏跌蕩的運動，或感受到了一種振動能量通過介質的傳播。這就是我們本章要研究的一種特殊運動波。以上這些波都叫做機械波。板書：機械波的概念：機械振動在介質中的傳播就形成機械波2、 新課教學【板書】：1.機械波波的形成(1)介質模型：把介質看成由無數(shù)個質點彈性連接而成，可以想象為(圖1所示)(2)機械波的形成過程：由于相鄰質點的彈力的作用，當介質中某一質點發(fā)生振動時，就會帶動周圍的質點振動起來，從而使振動向遠處傳播。例如：圖2表示繩上一列波的形成過程。圖中1到18各小點代表繩上的一排質點，質點間有彈力聯(lián)系著。圖中的第一行表示在 時刻(t=0)各質點的位置，這時所有質點都處在平衡位置。其中第一個質點受到外力作用將 在垂直方向上做簡諧運動，設振動周期為t，則第二行表示經(jīng)過t4時各質點的位置，這時質點1已達到最大位移，正 向下運動；質點2的振動較質點1落后一些，仍向上運動；質點3更落后一些，此時振動剛傳到了質點4。第三行表示經(jīng)過t2時各質點的位置，這時質點1又回到平衡位置，并繼續(xù)向下運動，質點4剛到達最大位移處，此時振動傳到了質點7。依次推論，第四、五、六行分別表示了經(jīng)過3t4、t和5t4后的各質點的位置，并分別顯示了各個對應時刻所有質點所排列成的波形。歸納：(1)水、繩等物質，可以分成許多小部分，每一部分看作質點.(2)在無外來擾動之前，各個質點排列在同一直線上，各個質點所在的位置稱為各自的平衡位置.(3)由于外來的擾動，在水、繩中的某一質點會引起振動，首先振動的這個質點稱為波源.(4)由于介質之間存在著相互作用力，作為振源的質點就帶動周圍質點振動，并依次帶動鄰近質點振動，于是振動就在介質中由近及遠地傳播?！景鍟浚海?）.形成的條件：對以上過程的分析可知，如果沒有初始的振動，會不會有波的形成？在以上的事例中，如果繩子斷掉、沒有水、沒有空氣，以上的波還會傳播嗎？所以波的形成需要兩個條件，一是產(chǎn)生振動的波源，二是能夠使機械波傳播的物質介質。振源產(chǎn)生機械振動的物質，如在繩波中繩子端點在手的作用下不停抖動就是振源。介質傳播振動的介質，如繩子、水?！景鍟浚海?）.波是振動和能量的傳播，而不是質點的傳播設問：在上面的“波的形成過程”分析中，第1個質點振動時，第2個質點為什么會振動？提問：第2個質點做的是什么振動？周期和第1個質點有什么關系、頻率有什么關系？（振動圖象有什么關系？）通過上面關于形成過程的分析，我們發(fā)現(xiàn)，波的傳播路徑上，每一個質點的振動特征都和波源的振動特征相同。理解這一點是至關重要的，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，是我們要學習、應用波的重要出發(fā)點，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，注意提示學生觀察水面上兩塊小塑料片的運動情況. 演示橫波演示器，實驗說明了波傳播的過程中介質中的每個質點都只在平衡位置附近做往復運動，并不隨著波一起傳播。從聲波能震碎酒杯這樣的事實，我們已經(jīng)感受到波能傳播能量。在醫(yī)院里，醫(yī)生要治療病人的結石，有些什么手段？超聲波碎石就是手段之一。這些事實都說明波是能量傳播的手段之一，這也正是物理學對波感興趣的原因之一。提問：請大家結合生活或傳媒，舉出波能傳播能量的事例。（武打片中，關于“隔山打?！奔夹g的描述就屬于此）歸納出：(1)機械波是構成介質的無數(shù)質點的一種共同運動形式；(2)當介質發(fā)生振動時，各個質點在各自的平衡位置附近往復運動，質點本身并不隨波遷移，機械波向外傳播的只是機械振動的形式；(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）、按振動方向和傳播方向的關系（如）（2） 橫波和縱波按波的傳播方向和質點的振動方向可以將波分為兩類：橫波和縱波。a 橫波：波的傳播方向和質點的振動方向垂直的波定義：質點的振動方向與波的傳播方向垂直。波形特點：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。相關名詞：波峰、波谷生活中的橫波（學生列舉）是不是質點的振動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？（是不是振動的傳播？是不是能量的傳播？）b 縱波定義：質點的振動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：疏密相間的波形，又叫疏密波。如圖4波形所示。相關名詞：疏部、密部生活中的縱波（學生列舉）例：聲波是縱波，其中：振源聲帶；介質空氣、固體、液體。一般來講，波源的種類和波的種類有確定的對應關系，但也有這樣的現(xiàn)象：同一個波源在振動時，可能同時激發(fā)橫波和縱波（如地震）。事實上，還有這樣的波存在，那就是：傳播方向和振動方向既不垂直，也不在一條直線上，因為它比較復雜，我們這里不做詳細介紹（如嚴格意義上的水波）。從傳播的介質角度來看，橫波只能在彈性的固體介質種傳播，但縱波卻可以在固體、液體和氣體三種介質種傳播。【板書】：2.描述機械波的物理量(1)波長定義：沿著波的傳播方向，兩個相鄰的在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的質點間的距離。單位：米（m）符號：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波峰或波谷之間的距離；在縱波中波長等于相鄰兩個密部或疏部的中央之間的距離。質點振動一個周期，振動形式在介質中傳播的距離恰好等于一個波長，即在一個周期里振動在介質中傳播的距離等于一個波長。(2)波速定義：波的傳播快慢，其大小由介質的性質決定的，在不同的介質中速度并不相同。單位：米/秒（m/s） 符號：v表達式：v=/t(3)頻率質點振動的周期又叫做波的周期(t)；質點振動的頻率又叫做波的頻率(f)。波的振動周期和頻率只與振源有關，與介質無關。3.小結及課堂練習：（1） 波是振動在介質中傳播形成的，波是傳遞能量的一種形式，在介質中各點接受傳遞過來的能量，依同樣的振動形式振動，介質中距離波源越遠的點 振動的時間越晚。機械波向外傳遞的只是運動的形式機械振動，介質本身并不隨波遷移。（2） 產(chǎn)生機械波的條件：有振源和傳播振動的介質。例：下列說法正確的是（ ）a、有機械振動，一定有機械波（逆命題成立否？）b、在同一列波的傳播路徑上，所有質點的振動頻率都是相同的（頻率換成振幅，成立否？）c、波在傳播時，界質中的質點也隨波發(fā)生了遷移d、橫波在傳播過程中，質點的振動方向都是豎直的【布置作業(yè)】：書p29/例題l p2526/1、2、3、4、11第2課時1、 導入新課用多媒體模擬一列橫波形成后某一時刻各個質點的情況：機械波是機械振動在介質里的傳播過程，從波源 ，隨著波的傳播，介質中的大量質點先后 振動起來，雖然這些質點只在平衡位置附近做重復波源的振動。但由于它們振動步調不一致，所以，在某一時刻介質中各質點對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動情況，物理學中采用了波的圖象。本節(jié)課我們就來學習這個問題：板書課題：波的圖象.2、 新課教學（1） 波的圖象的建立：學生閱讀課文，回答下列問題：a：波的圖象中橫坐標軸和縱坐標軸的物理意義如何？b：在坐標軸意義確定的情況下，如何描繪得到波的圖象？學生閱讀后，回答上述問題：教師講解并用多媒體展示：a:用橫坐標x表示在波的傳播方向上各個質點的平衡位置.縱坐標y表示某一時刻各個質點偏離平衡位置的位移.00xxyy第一步第二、三步b:在坐標軸意義確定的情況下，規(guī)定橫波中位移的方向向上時為正值.位移的方向向下時為負值，在xoy坐標平面上，畫出各個質點的平衡位置x與各個質點偏離平衡位置的位移y的各個點(x,y)，并把這些點連成曲線，就得到某一時刻的波的圖象.c:分步描繪波的圖象.第一步：描出坐標軸.第二步：描出各個質點的平衡位置x與各該質點偏離平衡位置的位移y的各個點(x,y).第三步：把上述點連成曲線.（2） 圖象的特點：橫波的圖象特點：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.學生比較后得到：橫波的圖象的形狀和波在傳播過程中介質中各質點某時刻的分布形成相似.波的圖象又叫波形圖。縱波的圖象較為復雜，不再深入討論。c.教師總結：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向最大值.波形中通過平衡位置的質點在圖象中也恰處于平衡位置.教師講解圖象的物理意義.波的圖象是振動在介質中傳播過程中某一時刻的一幅“照片”，即表示在波的傳播過程中各個質點在同一時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，同學們都將偏離自己的座位，此時，我們用照相機給全體同學照一張像，通過照片即可得到在同一時刻各位同學的活動情況.【板書】：波的圖象表示介質中的各個質點在同一時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.學生討論后總結可得到的信息：a:可以直接看出在該時刻沿傳播方向上各個質點的位移：方法是：找到圖線上各點的縱坐標，則該縱坐標的值表示的是各點在該時刻的位移.b:可以看出在波的傳播過程中介質中各質點的振幅a.方法是：波動圖線上縱坐標最大值的絕對值就是介質中各質點的振幅a.c：教師講解如何判斷沿傳播方向上各質點在該時刻的運動方向.展示一幅波的圖象.方法1：特殊點法：根據(jù)波的傳播方向確定波源方位，把該點與其附近的波峰或波谷進行比較。方法2：平移法：作出經(jīng)微小時間t（t）后的波形，就知道了各質點經(jīng)過t到達的位置，則運動方向就知道了?！景鍟浚?.簡諧波a：學生閱讀課文有關內容.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？為什么會出現(xiàn)兩種不同的波形？c) 簡諧波的波源振動有什么特點？d) 對于簡諧波而言，各個質點振動的周期和振幅有什么關系？c：學生回答上述問題.簡諧波是最基本最簡單的波.它是由做簡諧運動的波源引起的；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時起點的不同而產(chǎn)生的.如果以平衡位置 計時，則得到的是正弦曲線，如果以物體振動到最大位移處 計時，則得到的是余弦曲線；簡諧波的波源做的是簡諧振動；對于簡諧波而言，各個質點振動的振幅都相同，各質點振動的周期都與波源振動的周期相同.【板書】：4.波的圖象與振動圖象的區(qū)別(1)橫坐標代表的物理量不同.(2)振動圖象表示的是一個質點在一段時間內的運動情況，而波的圖象表示的是許多質點在同一時刻的運動情況.振動圖象波的圖象1用橫坐標表示時間t用橫坐標表示各質點的平衡位置2用縱坐標表示振動質點偏離平衡位置的位移用縱坐標表示某一時刻各質點偏離平衡位置的位移3能直觀地表示振動質點在一段時間內運動情況能直觀地表示一列波在時刻t的波形4能直接得出振動質點在任意時刻的位移能直接得出各質點在時刻t的位移5能得到振動的振幅能得到波的振幅3、 鞏固訓練（1） 一列波沿水平方向傳播，某時刻的波形如圖所示，則圖中a、b、c、d四點在此時刻具有相同運動方向的是（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質點的振動方向。(3)畫出經(jīng)過 t4后的波的圖象。解：(1)振幅是質點偏離平衡位置的最大位移，波長是兩個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，可以知道質點b 的時間比它左邊的質點a要滯后一些，質點a已到達正向最大位移處，所以質點b此時刻的運動方向是向上的，同理可判斷出c、d質點的運動方向是向下的。(3)由于波是向右傳播的，由此時刻經(jīng)t/4后波的圖象，即為此時刻的波形沿波的傳播方向推進4的波的圖象，如圖4所示。【討論與交流】：1若已知波速為20ms，從圖示時刻 計時，說出經(jīng)過5s， c點的位移和通過的路程。2若波是向左傳播的，以上問題的答