高中物理 人教版 選修一《機(jī)械波》

《機(jī)械波》單元教學(xué)設(shè)計(jì)單元基本信息學(xué)科物理實(shí)施年級(jí)高二設(shè)計(jì)者亳州市團(tuán)隊(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)模塊高中物理選擇性必修第一冊(cè)第三章機(jī)械波使用教材人民教育出版社2019版選擇性必修第一冊(cè)單元名稱(chēng)機(jī)械波單元課時(shí)5節(jié)課時(shí)（二）單元教學(xué)規(guī)劃1.主題名稱(chēng)：機(jī)械波主題概述：課標(biāo)和教材分析課標(biāo)中把教材中的二，三兩章作為一個(gè)大的主題機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波，其中涉及機(jī)械波的相關(guān)知識(shí)概述如下（用劃線(xiàn)標(biāo)注）：【課標(biāo)內(nèi)容要求】1.2.1通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特征。能用公式和圖像描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。1.2.2通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，研究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系。知道單擺周期與擺長(zhǎng)，重力加速度的關(guān)系。會(huì)用單擺測(cè)量重力加速度的大小。1.2.3通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)受迫振動(dòng)的特點(diǎn)。了解產(chǎn)生共振的條件及其應(yīng)用。例1調(diào)查生產(chǎn)生活中受迫振動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例。例2調(diào)查生產(chǎn)生活中利用和防止共振的實(shí)例。1.2.4通過(guò)觀察，認(rèn)識(shí)波的特征。能區(qū)別橫波和縱波。能用圖像描述橫波。理解波速，波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系。1.2.5知道波的反射和折射現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解波的干涉與衍射現(xiàn)象。例3用波動(dòng)演示器顯示波的疊加。例4觀察音叉雙臂振動(dòng)激發(fā)的水波干涉現(xiàn)象。1.2.6通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)多普勒效應(yīng)。能解釋多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因。能列舉多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。對(duì)課標(biāo)的解讀：針對(duì)機(jī)械波章節(jié)。1.2.4通過(guò)觀察，認(rèn)識(shí)波的特征。能區(qū)別橫波和縱波。能用圖像描述橫波。理解波速，波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系。本條目要求學(xué)生通過(guò)觀察水波槽中浮子的運(yùn)動(dòng)或聲波的運(yùn)動(dòng)。認(rèn)識(shí)波是振動(dòng)和能量的傳播形式，在傳播過(guò)程中，介質(zhì)粒子只是圍繞平衡位置振動(dòng)，并不隨波發(fā)生位移。通過(guò)觀察和比較聲波和彈簧上的波或者橫波?？v波發(fā)生演示器演示波的傳播過(guò)程區(qū)分橫波和縱波。在教學(xué)過(guò)程中，還可以讓學(xué)生站成一行，依次起立和下蹲來(lái)模擬橫波。學(xué)生要能區(qū)別橫波圖像與振動(dòng)圖像，會(huì)在波的圖像上找出波長(zhǎng)，振幅。不要求用圖像描述縱波。知道波長(zhǎng)，波速的含義，知道波的周期和頻率由波源決定，而波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，能在具體情境中應(yīng)用波速、頻率（周期）、波長(zhǎng)三者的關(guān)系分析解決問(wèn)題。1.2.5知道波的反射和折射現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解波的干涉與衍射現(xiàn)象。本條目整合了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》關(guān)于惠更斯原理和波的干涉、衍射兩個(gè)條目并降低了要求。只要求學(xué)生認(rèn)識(shí)波的現(xiàn)象，不要求用惠更斯原理解釋?zhuān)梢酝ㄟ^(guò)水波或聲波觀察波的反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象。應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到干涉和衍射是波所特有的兩個(gè)現(xiàn)象，波的疊加是干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)，應(yīng)該能用波的疊加解釋干涉花樣的形成，知道只有兩列波的頻率相同時(shí)，他們才能發(fā)生干涉。聲波是除了水波之外可以用來(lái)演示干涉和衍射的另一種波，例如可以用聲波的衍射解釋隔墻有耳的現(xiàn)象。操場(chǎng)上兩個(gè)揚(yáng)聲器播放同樣的聲音，在操場(chǎng)上行走時(shí)，感覺(jué)有的地方聲音大，有的地方聲音小，這是波的干涉現(xiàn)象。1.2.6通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)多普勒效應(yīng)。能解釋多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因。能列舉多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例?？梢栽趩我纛l信號(hào)發(fā)生器的一端系上繩子，快速旋轉(zhuǎn)繩子，使信號(hào)發(fā)生器做圓周運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生聽(tīng)音調(diào)的變化，也可以利用視頻播放鳴笛的火車(chē)、汽車(chē)等交通工具駛過(guò)我們身邊時(shí)的錄像，讓學(xué)生聽(tīng)音調(diào)的變化，在感知這些現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的波的知識(shí)，對(duì)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因作出解釋。多普勒效應(yīng)應(yīng)有多種用途，如交通警察利用超聲波測(cè)量車(chē)速，醫(yī)生利用彩超診斷疾病等，可以讓學(xué)生查閱資料，了解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用?！窘滩姆治觥勘菊率菍W(xué)生第一次學(xué)習(xí)多質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征與規(guī)律。從內(nèi)容特點(diǎn)上看，機(jī)械波既是上一章機(jī)械振動(dòng)的延續(xù)，又是后續(xù)學(xué)習(xí)光與電磁波的基礎(chǔ)。波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式，其基本的運(yùn)動(dòng)特征與規(guī)律既適用于機(jī)械波，也適用于光波、電磁波及其他播。因此，學(xué)習(xí)機(jī)械波有十分重要的意義。從研究方法上看，這一章以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，更加突出物理學(xué)科特點(diǎn)，同時(shí)注重與生產(chǎn)生活和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系。在學(xué)習(xí)本章教材的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察、分析、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推理得出物理規(guī)律，進(jìn)而運(yùn)用得到的物理規(guī)律去分析、解決問(wèn)題。本章共5節(jié)，可以分為兩個(gè)單元，第一單元包括第一節(jié)和第二節(jié)，主要講述波的基本概念、波的產(chǎn)生與波的描述。教材首先分析說(shuō)明，彈性介質(zhì)中某處發(fā)生振動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)相鄰部分間存在相互作用，振動(dòng)的介質(zhì)要帶動(dòng)相鄰的介質(zhì)振動(dòng)，使振動(dòng)沿介質(zhì)傳播出去。在深入細(xì)致的分析橫波和縱波形成過(guò)程的基礎(chǔ)上，明確指出介質(zhì)傳播的是振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，并進(jìn)一步指出波可以傳遞能量和信息。接著介紹描述波的兩種方法。一是圖像法，介紹橫波的圖像，說(shuō)明橫波波形圖的意義，強(qiáng)調(diào)波的圖像與振動(dòng)圖像的區(qū)別。二是解析法，根據(jù)對(duì)振動(dòng)傳播過(guò)程，橫波波形圖的空間周期性的分析，簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確地給出了波長(zhǎng)λ的定義，說(shuō)明介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率也叫波的周期或頻率，得出波的傳播的重要公式v=【教材單元核心素養(yǎng)分析】1.注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透一是滲透物理觀念。本章教材從波的傳播入手，介紹了波是運(yùn)動(dòng)的一種形式，分析了這種運(yùn)動(dòng)是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)間相互作用的結(jié)果。同樣，波的反射、折射、衍射與干涉也都是波與介質(zhì)相互作用的結(jié)果。而多普勒效應(yīng)是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性的結(jié)果，充分滲透了運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念。同時(shí)，教材介紹了波是能量傳遞的一種形式，也為學(xué)生進(jìn)一步建立能量觀提供了支撐。二是強(qiáng)化科學(xué)思維。教材以實(shí)際問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，再提出橫波與縱波兩種理想模型，介紹了描述波的兩種方法（圖像法與解析法），推導(dǎo)波動(dòng)衍射條件和干涉條件。建立多普勒效應(yīng)模型的過(guò)程中，都滲透了模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新的思想。三是體現(xiàn)科學(xué)探究。教材在探究波發(fā)生明顯衍射的條件時(shí)，首先從現(xiàn)象（繞射）引出問(wèn)題（為什么會(huì)繞射），然后通過(guò)水波進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（嘗試各種縫寬），最后得出結(jié)論（縫寬和障礙物尺寸與水波波長(zhǎng)相當(dāng)或更?。@是一個(gè)科學(xué)探究的過(guò)程。另外，對(duì)波的干涉現(xiàn)象的分析，分別用反證法明確兩列波的頻率要相同，相位差要恒定，振動(dòng)方向要一致，這樣的兩列波才會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，這是基于證據(jù)得出結(jié)論的過(guò)程。四是落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。教材介紹機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度時(shí)，強(qiáng)調(diào)波速是由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定的，不同介質(zhì)中的波速不同，又強(qiáng)調(diào)聲速還與溫度有關(guān)，給出了0°c時(shí)幾種介質(zhì)中的聲速數(shù)值。這樣的安排有利于學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)。同時(shí)，教材在分析了多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原理后，介紹了利用超聲波的多普勒測(cè)速儀、“彩超”等具體應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的興趣。2.適當(dāng)降低學(xué)習(xí)難度本章教材的編寫(xiě)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，在介紹波的反射、折射、干涉和衍射的時(shí)候，一改以往教材對(duì)本章內(nèi)容的安排方法。敘述的邏輯是從實(shí)驗(yàn)到結(jié)論，不再介紹惠更斯原理，也不用惠更斯原理去分析各種現(xiàn)象，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度。重視物理實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)本章教材共采用了七個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，它們分別涉及沿繩傳播的波，彈簧形成的波，水波的反射，水波的衍射，波的疊加，水波的干涉、蜂鳴器音調(diào)的變化，充分說(shuō)明物理學(xué)科要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，也表明教學(xué)中要重視物理實(shí)驗(yàn)的作用。藥針做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出物理規(guī)律。教材還安排了觀察水波的傳播，聲音的干涉兩個(gè)做一做，以及關(guān)于不同時(shí)刻波形圖和水波多普勒效應(yīng)兩個(gè)思考與討論，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)在物理學(xué)習(xí)中的重要性。重視與生產(chǎn)生活的聯(lián)系教材在選取素材時(shí)，重視與生產(chǎn)、生活及現(xiàn)代技術(shù)相聯(lián)系。從運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上波浪翻滾的彩帶、變化起伏的團(tuán)體操，到降噪技術(shù)、超聲波測(cè)速儀、醫(yī)用彩超，再到多普勒效應(yīng)在天文學(xué)上的應(yīng)用，教材從多個(gè)方面說(shuō)明機(jī)械波知識(shí)是生產(chǎn)生活與現(xiàn)代技術(shù)的重要基礎(chǔ)，也反映出物理學(xué)是有用的，需要學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。【本章學(xué)習(xí)要求】*能了解波，橫波和縱波的內(nèi)涵，能理解波速，波長(zhǎng)和頻率的定量關(guān)系，能認(rèn)識(shí)波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，能解釋身邊與機(jī)械波有關(guān)的物理現(xiàn)象。具有與機(jī)械波相關(guān)的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和能量觀念。-----物理觀念*能在熟悉的問(wèn)題情境中運(yùn)用簡(jiǎn)諧波模型解釋機(jī)械波的問(wèn)題，能分析與機(jī)械波相關(guān)的問(wèn)題。通過(guò)推理得到結(jié)論并能解釋?zhuān)荒芡ㄟ^(guò)波的干涉、衍射規(guī)律等來(lái)說(shuō)明機(jī)械波的波動(dòng)性，能從相互作用和能量等不同角度認(rèn)識(shí)機(jī)械波，能質(zhì)疑他人的觀點(diǎn)。-----科學(xué)思維*能觀察并探究有關(guān)機(jī)械波的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出并較準(zhǔn)確表述可探究的物理問(wèn)題，能自主觀察一些與機(jī)械波相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集證據(jù)，形成結(jié)論；能用與機(jī)械波相關(guān)的物理知識(shí)解釋所觀察的現(xiàn)象；能與他人協(xié)作，共同探究感興趣的物理問(wèn)題。-----科學(xué)探究*能認(rèn)識(shí)物理研究是對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行抽象的創(chuàng)造性工作；有自主學(xué)習(xí)物理、探索身邊的物理問(wèn)題的興趣；能關(guān)注本地區(qū)的一些科學(xué)普及活動(dòng)。----科學(xué)態(tài)度與責(zé)任【單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)化分析】【單元設(shè)計(jì)思路】課時(shí)教學(xué)目標(biāo)第1節(jié)課通過(guò)觀察和分析，認(rèn)識(shí)波是振動(dòng)的傳播，知道波在傳播振動(dòng)形式的同時(shí)也傳播能量和信息能對(duì)波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理，認(rèn)識(shí)波的形成過(guò)程。能區(qū)別橫波和縱波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。知道機(jī)械波的概念和形成機(jī)械波的條件。第2節(jié)課能用描點(diǎn)法作橫波的圖像，理解波的圖像的物理意義。理解波長(zhǎng)、頻率和波速的意義及其關(guān)系。能判斷波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向第3節(jié)課通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)波的反射和折射現(xiàn)象通過(guò)用射線(xiàn)解釋反射、折射現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)波動(dòng)中建構(gòu)物理模型的方法。知道波的衍射現(xiàn)象和波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。第4節(jié)課了解波的疊加原理，了解波的疊加過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)的合位移從振動(dòng)角度認(rèn)識(shí)振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域。通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)波的干涉現(xiàn)象和干涉圖樣。知道干涉現(xiàn)象是波特特有的現(xiàn)象，了解波發(fā)生穩(wěn)定干涉的條件。第5節(jié)課通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因，知道多普勒效應(yīng)是波特有的現(xiàn)象。知道多普勒效應(yīng)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。單元課時(shí)流程第1節(jié)課第2節(jié)課第3節(jié)課第4節(jié)課第5節(jié)課單元教學(xué)反思1.由于本單元出自選擇性必修一的教材，對(duì)于高二的學(xué)生來(lái)說(shuō)，沒(méi)有學(xué)習(xí)到該部分內(nèi)容，但是高三的部分學(xué)校的學(xué)生基于老高考的形式避開(kāi)了這部分內(nèi)容，再加上隊(duì)伍里的老師青年教師居多，經(jīng)驗(yàn)尚淺，對(duì)老師和學(xué)生來(lái)說(shuō)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。2.團(tuán)隊(duì)里的五位老師分別來(lái)自不同的區(qū)縣，不同的學(xué)校，單元課時(shí)內(nèi)容是連貫性設(shè)計(jì)的，但面對(duì)的學(xué)生是不同的群體，學(xué)生體會(huì)不到課時(shí)的連貫性；另外，雖然也進(jìn)行了面對(duì)面的交流，但是要進(jìn)行時(shí)時(shí)當(dāng)面探討交流也比較困難。單元自我檢測(cè)1.當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，下列物理量不會(huì)發(fā)生改變的是（）A.周期B.頻率C.振幅D.相位（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1）2.下列關(guān)于波的說(shuō)法正確的是()A.兩列波疊加一定會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣B.在干涉圖樣中,振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移一定大于振動(dòng)減弱區(qū)域質(zhì)點(diǎn)的位移C.當(dāng)波源遠(yuǎn)離接收者時(shí),觀察者接收到的波的頻率比波源頻率低D.只有障礙物或孔的尺寸與波長(zhǎng)比較相差不多或較小,波才能發(fā)生衍射（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1）3.公路上的雷達(dá)測(cè)速儀的工作原理是()A.波的反射和多普勒效應(yīng)B.波的干涉和多普勒效應(yīng)C.波的干涉和波的反射D.波的反射和共振（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1）4.下列現(xiàn)象不屬于波的明顯衍射現(xiàn)象的是()A.“隔墻有耳”B.“空山不見(jiàn)人,但聞人語(yǔ)響”C.河中蘆葦后面沒(méi)有留下無(wú)波的區(qū)域D.池中假山前有水波,假山后無(wú)水波（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2）5.公路上的雷達(dá)測(cè)速儀的工作原理是()A.波的反射和多普勒效應(yīng)B.波的干涉和多普勒效應(yīng)C.波的干涉和波的反射D.波的反射和共振（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2）6.如圖所示,在空曠的廣場(chǎng)上有一堵較高大的墻MN,在墻的一側(cè)有一個(gè)正在播放男女合唱歌曲的聲源O(男聲頻率低于女聲頻率),某人從A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn),在此過(guò)程中,如從衍射的角度來(lái)考慮,則會(huì)聽(tīng)到()A.聲音變響,男聲比女聲更響B(tài).聲音變響,女聲比男聲更響C.聲音變?nèi)?男聲比女聲更弱D.聲音變?nèi)?女聲比男聲更弱（學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2）7.如圖甲所示,O、P為介質(zhì)中的兩點(diǎn),O為波源,OP間距為6m。t=0時(shí)刻O(píng)點(diǎn)由平衡位置開(kāi)始向上振動(dòng),向右產(chǎn)生沿直線(xiàn)傳播的簡(jiǎn)諧橫波,圖乙表示t=0時(shí)刻開(kāi)始P點(diǎn)的振動(dòng)圖像。則以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.該波的波長(zhǎng)為12mB.該波的波速為2m/sC.該波的周期為4sD.從開(kāi)始振動(dòng)到t=10s,質(zhì)點(diǎn)P經(jīng)過(guò)的路程為1.6m（學(xué)業(yè)水平質(zhì)量3）8.如圖所示,實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷。此刻M點(diǎn)處波峰與波峰相遇,下列說(shuō)法正確的是()A.該時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)O正處于平衡位置B.P、N兩質(zhì)點(diǎn)始終處在平衡位置C.從該時(shí)刻起,經(jīng)過(guò)二分之一周期,質(zhì)點(diǎn)M處于振動(dòng)減弱區(qū)D.從該時(shí)刻起,經(jīng)過(guò)二分之一周期,質(zhì)點(diǎn)M到達(dá)平衡位置（學(xué)業(yè)水平質(zhì)量3）9.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,某時(shí)刻的波形如圖所示,其中a、b、c為三個(gè)質(zhì)點(diǎn),此時(shí)質(zhì)點(diǎn)a在平衡位置,且向上運(yùn)動(dòng),由此可知下列說(shuō)法正確的是()A.該波沿x軸正方向傳播B.a的振幅為零C.該時(shí)刻以后,b和c始終有相同的加速度D.該時(shí)刻以后,c比b先到平衡位置（學(xué)業(yè)水平質(zhì)量3）10.兩個(gè)振動(dòng)情況完全一樣的波源S1和S2相距6m,它們?cè)诳臻g產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示,圖中實(shí)線(xiàn)表示振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域,虛線(xiàn)表示振動(dòng)減弱的區(qū)域。下列說(shuō)法正確的是()兩波源的振動(dòng)頻率一定相同B.虛線(xiàn)一定是波谷與波谷相遇處兩列波的波長(zhǎng)都是2mD.兩列波的波長(zhǎng)都是1m（學(xué)業(yè)水平質(zhì)量3）11.如圖甲所示,在操場(chǎng)的P、Q兩個(gè)位置放兩個(gè)揚(yáng)聲器,PQ之間的距離d=10m,其中A在PQ的中垂線(xiàn)上,B在PQ的連線(xiàn)上,且P,B之間的距離為3.3m。兩個(gè)揚(yáng)