高教版《技術(shù)物理 上冊(cè)》5-4 機(jī)械波教案

第第頁(yè)高教版《技術(shù)物理上冊(cè)》5-4機(jī)械波教案MACROBUTTONMTEditEquationSection2方程段1節(jié)15-4機(jī)械波

一、教學(xué)目標(biāo)

1．了解機(jī)械波的形成過(guò)程。

2．掌握橫波和縱波的特征，了解波與振動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系，知道波是能量傳遞的一種方式。

3．理解波長(zhǎng)、波速和頻率的概念。

4．能用波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。

二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：1．機(jī)械波的形成過(guò)程。

2．波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系。

難點(diǎn)：機(jī)械波的形成過(guò)程。

三、教學(xué)器材

橫波、縱波演示儀，圖片。

四、教學(xué)建議

教法建議

觀察、演示實(shí)驗(yàn)、討論。

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

（一）引入新課

俗話說(shuō)“一石激起千層浪”，當(dāng)你向平靜的水面投一小石子，會(huì)看到水面上一圈圈起伏不平的波紋由石落處逐漸向四周傳播出去，這一圈圈起伏不平的波紋就是水波（圖1）。水波是一種機(jī)械波。

（二）引出課程內(nèi)容

1．機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播，稱為做機(jī)械波，簡(jiǎn)稱波。

（1）產(chǎn)生機(jī)械波的條件

波源：產(chǎn)生機(jī)械波的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)。

彈性介質(zhì)：傳遞機(jī)械波的彈性介質(zhì)。

產(chǎn)生機(jī)械波的條件；同時(shí)存在波源和彈性介質(zhì)。

（2）橫波

①橫波的定義：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波。

如圖2所示，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，繩波是一種橫波。

②橫波的形成過(guò)程：

設(shè)想把繩子分成許多小部分，把每個(gè)小部分看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。這樣，可以把繩子看作是由一個(gè)個(gè)相互聯(lián)系的質(zhì)點(diǎn)組成的，并假設(shè)在沒(méi)有發(fā)生振動(dòng)之前相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離都相等，如圖3所示。設(shè)想質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下，在跟繩垂直的方向上做受迫振動(dòng)。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)1離開(kāi)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)以后，繩就發(fā)生了形變，這樣就產(chǎn)生了使質(zhì)點(diǎn)2向上運(yùn)動(dòng)的彈力。同樣，在質(zhì)點(diǎn)2向上運(yùn)動(dòng)以后，又將產(chǎn)生使質(zhì)點(diǎn)3隨著運(yùn)動(dòng)的彈力等等。這樣，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都牽動(dòng)后面的質(zhì)點(diǎn)，而后面的質(zhì)點(diǎn)總比它前面的質(zhì)點(diǎn)滯后一點(diǎn)振動(dòng)。從整體上看才形成凸凹相間的波向前傳播。

③波峰和波谷

橫波中，凸起的最高點(diǎn)稱為波峰，凹下的最低點(diǎn)稱為波谷。橫波在傳播時(shí)，波峰和波谷交替向前傳播。

（3）縱波

①縱波的定義：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一條直線上的波稱為縱波。

如圖4所示，把一根長(zhǎng)的螺旋彈簧的一端固定，另一端連接一個(gè)金屬球，球固定在鋼片上，當(dāng)金屬球沿彈簧方向左右振動(dòng)時(shí)，在彈簧上就有疏密相間的彈簧波向右傳去，彈簧波就是一種縱波。

②縱波的形成過(guò)程：在彈簧波中，由于金屬球沿著彈簧的方向振動(dòng)，與金屬球相連的那部分彈簧依次帶動(dòng)后面的每一小段彈簧，且后一小段彈簧總比前一小段滯后一點(diǎn)振動(dòng)。由于彈簧是在左右振動(dòng)，因而從總體上看形成的是疏密相間的波（見(jiàn)圖5）。

2．描述機(jī)械波的特征量

⑴周期和頻率：波動(dòng)的周期等于波源的周期；波動(dòng)的頻率等于波源的頻率。

周期和頻率的關(guān)系為

⑵波長(zhǎng)：在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)內(nèi)的傳播距離，稱為波長(zhǎng)。常用字母λ來(lái)表示，波長(zhǎng)的單位：m。

橫波上兩個(gè)相鄰波峰之間的距離，或兩個(gè)相鄰波谷之間的距離，都等于波長(zhǎng)?？v波上兩個(gè)相鄰的密部(或疏部)中心之間的距離，都等于波長(zhǎng)。

⑶波速：在波動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的速度稱為做波速，它的大小是由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定的。

3．波速、波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系

在均勻介質(zhì)中，振動(dòng)是勻速傳播的，也就是說(shuō)，波速是常量。這時(shí)，波長(zhǎng)等于波速跟周期的乘積，即

或

即波的速度等于波長(zhǎng)和頻率的乘積。這個(gè)關(guān)系雖然是由機(jī)械波中得到的，但它對(duì)電磁波也是適用的。

例題一列聲波，頻率為400Hz，求它在空氣中和水中的波長(zhǎng)。

解已知f=400Hzv1=331m/sv2=1440m/s

則該聲波在空氣中的波長(zhǎng)為

在水中的波長(zhǎng)為

4．波是能量傳遞的一種方式

在波動(dòng)過(guò)程中，傳播出去的只是運(yùn)動(dòng)的形式——振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨著波一起向前傳播，它們?nèi)砸愿髯缘钠胶馕恢脼橹行脑谡駝?dòng)。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)都具有能量，因此，在傳播振動(dòng)的同時(shí)，也伴隨著能量的傳遞。這些能量是從波源通過(guò)前面的質(zhì)點(diǎn)依次傳來(lái)的。由于能量的傳遞，波源的能量將逐漸減少，振幅也就越來(lái)越小。如果給波源持續(xù)地供應(yīng)能量，那么，能量就會(huì)持續(xù)地以波的形式向外傳遞?？梢?jiàn)，波是能量傳遞的一種方式。

（三）小結(jié)

1．機(jī)械波的概念、產(chǎn)生的條件、形成過(guò)程。

2．橫波和縱波的特征。

3．波速、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系。

（四）作業(yè)布置

1．p1365、6題2．《技術(shù)物理練習(xí)冊(cè)》（第3版）相關(guān)習(xí)題

（五）教學(xué)說(shuō)明

機(jī)械波對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)不好理解，尤其是機(jī)械波的形成過(guò)程及描述。波傳遞的是振動(dòng)的形式，質(zhì)點(diǎn)并不隨波傳遞，振動(dòng)和波的區(qū)別與聯(lián)系等，學(xué)生理解起來(lái)也有一定的困難。因此，需通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)分析論證，使學(xué)生易于接受。

圖1

O

繩波

圖2

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