高二物理(人教版 教科版通用) 波的形成和傳播教案

教案教學(xué)基本信息課題波的形成和傳播學(xué)科物理學(xué)段：高中年級高二教材書名：普通高中物理教科書選修3-4出版社：人民教育出版社出版日期：2010年4月教學(xué)設(shè)計(jì)參與人員姓名單位聯(lián)系方式設(shè)計(jì)者任鑫北京市第十二中學(xué)實(shí)施者任鑫北京市第十二中學(xué)指導(dǎo)者陳磊北京教育學(xué)院豐臺分院課件制作者任鑫北京市第十二中學(xué)其他參與者教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)1.通過觀察和分析，認(rèn)識波是振動的傳播，知道波在傳播振動形式的同時(shí)也傳播能量和信息。2.能區(qū)分橫波和縱波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。3.知道什么是機(jī)械波和機(jī)械波形成的條件。教學(xué)重點(diǎn)1．機(jī)械波的形成過程及傳播。2．機(jī)械波與機(jī)械振動的區(qū)別及聯(lián)系。教學(xué)難點(diǎn)1．機(jī)械波形成過程與傳播。2．各質(zhì)點(diǎn)間帶動作用造成的各質(zhì)點(diǎn)間的重復(fù)性和滯后性。

教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動設(shè)置意圖一、創(chuàng)設(shè)情境，引入新課【配樂朗誦】水波離開了它產(chǎn)生的地方，而那里的水并不離開，就像風(fēng)在田野里掀起的麥浪。我們看到，麥浪滾滾地在田野里奔去，但是麥子仍舊留在原來的地方?！_(dá)·芬奇講述生活中的波現(xiàn)象，波的應(yīng)用及危害。通過朗誦的形式誦讀與波動相關(guān)的詩，讓學(xué)生在輕松愉悅的氛圍中進(jìn)入本節(jié)課學(xué)習(xí)。通過敘述生活中各種波現(xiàn)象，引入章課題，節(jié)課題。二、波的形成與傳播【播放視頻】帶操表演提出問題：在表演中，大家觀察到什么現(xiàn)象呢？運(yùn)動員手中的細(xì)棒是怎樣運(yùn)動的？與細(xì)棒相連的彩帶又是如何運(yùn)動的呢？預(yù)設(shè)回答：運(yùn)動員在抖動手中的細(xì)棒，同時(shí)彩帶像波浪一樣在空中飛舞?！净訉?shí)驗(yàn)】向上抖動軟繩的一端提出問題：同學(xué)們觀察到什么現(xiàn)象呢？預(yù)設(shè)回答：軟繩上形成一個(gè)凸起的部分?！净訉?shí)驗(yàn)】向下抖動軟繩的一端提出問題：同學(xué)們看到了什么？預(yù)設(shè)回答：軟繩上形成一個(gè)凹下的部分。過度：通過剛才的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們并沒有看到軟繩像彩帶一樣飛舞。那怎樣做才能使軟繩像彩帶一樣波浪翻卷呢？同學(xué)們可以利用手中的軟繩繼續(xù)進(jìn)行嘗試。【互動實(shí)驗(yàn)】不斷地上下抖動軟繩的一端提出問題：同學(xué)們又看到了什么現(xiàn)象？預(yù)設(shè)回答：看到軟繩像彩帶一樣飛舞。<定義>振動的傳播稱為波動，簡稱為波。追問：那軟繩一端的振動是怎樣傳到另一端的？【探究實(shí)驗(yàn)】不斷地上下抖動標(biāo)記有紅布條的軟繩一端提出問題：軟繩在振動前、振動時(shí)和振動后，紅布條在繩上的位置是否隨波的傳播發(fā)生變化？預(yù)設(shè)回答：紅布條在軟繩振動前、振動時(shí)、振動后在繩上的位置始終保持不變，并未隨波的傳播運(yùn)動到軟繩的另一端。追問：那紅布條的運(yùn)動是怎樣的呢？預(yù)設(shè)回答：紅布條在自己的平衡位置附近發(fā)生振動。追問：軟繩上其它位置的振動也是這樣的嗎？【演示實(shí)驗(yàn)】不斷地上下抖動標(biāo)記有彩色布條的軟繩一端提出問題：這些彩色布條是怎樣運(yùn)動的？預(yù)設(shè)回答：軟繩上不同顏色的布條都在它們各自的平衡位置附近振動，并未隨波的傳播在繩上發(fā)生運(yùn)動。追問：每個(gè)彩色布條剛開始振動時(shí)的先后順序如何？每個(gè)布條在開始振動時(shí)，它們的運(yùn)動狀態(tài)又是怎樣的？預(yù)設(shè)回答：彩色布條并不是在同一時(shí)刻開始振動。且每個(gè)布條開始振動的方向與繩端剛開始振動的方向是一致的。講解：繩中每個(gè)彩色布條標(biāo)記的位置振動有先后，總是由靠近振動端的位置去帶動下一個(gè)相鄰的位置，使它上下振動，此后，又帶動更遠(yuǎn)一些的位置開始振動，只是后面的位置比前邊的彩色小段標(biāo)記的位置振動的更遲一些發(fā)生。這樣繩端上下振動的各個(gè)狀態(tài)就沿繩子傳播出去了。我們常常把軟繩最先振動的這端叫做波源。提出問題：那波源的振動為什么會引起繩上各個(gè)位置依次發(fā)生振動呢？預(yù)設(shè)回答：各小段的振動是靠軟繩來帶動的，波在軟繩上傳播時(shí)，繩子發(fā)生了形變，引起繩上各小段之間依次產(chǎn)生相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致繩上各個(gè)位置依次發(fā)生振動?！窘?gòu)模型】將繩上的小段看成質(zhì)點(diǎn)，并將大量質(zhì)點(diǎn)抽象成有限質(zhì)點(diǎn)對波的形成進(jìn)行研究。講解：我們可以將一個(gè)個(gè)小段看成一個(gè)個(gè)質(zhì)點(diǎn)。由于繩子各小段之間有相互作用，那這些質(zhì)點(diǎn)之間也就存在著相互作用。我們用小圓點(diǎn)來代表繩中的質(zhì)點(diǎn)，于是軟繩就可以看成是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的。為了進(jìn)一步更方便地研究，我們可以將繩上大量質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行簡化，在軟繩上等間距選取10個(gè)不同的質(zhì)點(diǎn)，將10個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次標(biāo)記為P0,P1直到P9，并對它們在不同時(shí)刻的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行研究。講解橫波的形成：在t=0時(shí)，這些質(zhì)點(diǎn)都靜止在它們各自的平衡位置。這里，我們可以假設(shè)質(zhì)點(diǎn)P0在振動過程中的最大位移為A，周期為T。在t=1/8T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0向上運(yùn)動到圖中x軸上方的某一位置，而質(zhì)點(diǎn)P1到質(zhì)點(diǎn)P9仍然在各自的平衡位置保持靜止。此時(shí)，波傳播到質(zhì)點(diǎn)P1位置處，波形如圖所示。在t=1/4T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0運(yùn)動到它的最大位移處，由于各質(zhì)點(diǎn)之間具有相互作用，質(zhì)點(diǎn)P0會帶動相鄰的質(zhì)點(diǎn)P1向上運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)P1與質(zhì)點(diǎn)P0在1/8T時(shí)偏離平衡位置的高度是一致的。此時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0的起振形式剛好傳到質(zhì)點(diǎn)P2，雖然質(zhì)點(diǎn)P2還未運(yùn)動，然而它已經(jīng)準(zhǔn)備開始運(yùn)動了。此外，剩余的其它質(zhì)點(diǎn)仍然處于各自的平衡位置保持靜止?fàn)顟B(tài)，波形如圖所示。在t=1/2T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0由最大位移處回到它的平衡位置，與此同時(shí)，帶動質(zhì)點(diǎn)P1向下運(yùn)動。質(zhì)點(diǎn)P2在質(zhì)點(diǎn)P1帶動下運(yùn)動到最大位移處。質(zhì)點(diǎn)P3由于受到質(zhì)點(diǎn)P2的帶動，運(yùn)動到x軸上方的某一位置。此時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0的起振形式傳到質(zhì)點(diǎn)P4，波形如圖所示。在t=3/4T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0從平衡位置運(yùn)動到x軸下方最大位移處，進(jìn)而帶動質(zhì)點(diǎn)P1向下運(yùn)動。此時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P4運(yùn)動到x軸上方最大位移處。質(zhì)點(diǎn)P0的起振形式剛好傳到質(zhì)點(diǎn)P6，波形如圖所示。在t=T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0從x軸下方最大位移處再次回到平衡位置。與此同時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P1，P2一直到質(zhì)點(diǎn)P7分別受到前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)帶動，在各自平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動。此時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P2運(yùn)動到x軸下方最大位移處，質(zhì)點(diǎn)P6運(yùn)動到x軸上方最大位移處，質(zhì)點(diǎn)P8在它平衡位置準(zhǔn)備開始振動，這說明質(zhì)點(diǎn)P0的振動形式已經(jīng)傳到質(zhì)點(diǎn)P8。這時(shí)，P0剛好經(jīng)過一個(gè)完整全振動，軟繩所有質(zhì)點(diǎn)的振動剛好也形成一個(gè)完整的波形。在t=9/8T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)P0與質(zhì)點(diǎn)P8都運(yùn)動到x軸上方的同一高度，并且它們的運(yùn)動方向都是向上的，因此，質(zhì)點(diǎn)P8與質(zhì)點(diǎn)P0的運(yùn)動始終是同步的，也就是說質(zhì)點(diǎn)P8會同步地復(fù)制質(zhì)點(diǎn)P0的運(yùn)動。波就是通過這樣的方式逐步傳播出去的。9/8T對應(yīng)的波形圖如下圖所示。通過播放視頻，提出問題，讓學(xué)生在觀察中思考,從常見的事物中，利用物理的視角，分析其運(yùn)動形式，為后面抽象出要研究的問題模型做鋪墊。通過一系列互動實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自體驗(yàn)，感受實(shí)驗(yàn)的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，時(shí)刻落實(shí)好“做中學(xué)”的教育理念。通過層層遞進(jìn)的探究實(shí)驗(yàn)和環(huán)環(huán)緊扣的問題探究波的形成和傳播，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和推理能力。通過用紅布條對軟繩的一端進(jìn)行標(biāo)記探究波的成因，同時(shí)也教會學(xué)生在研究有關(guān)問題時(shí)可以使用標(biāo)記的方法。運(yùn)用類比的方法，標(biāo)記多色布條，通過對繩上多個(gè)小段運(yùn)動的研究，排除偶然性的影響，從而得到波形成的條件。通過將繩看做一個(gè)個(gè)小段，到過渡到大量質(zhì)點(diǎn)，再到將大量質(zhì)點(diǎn)抽象成有限質(zhì)點(diǎn)，研究波的形成與傳播。讓學(xué)生體會在研究物理問題時(shí)，模型建構(gòu)的重要性，同時(shí)讓學(xué)生經(jīng)歷建構(gòu)模型時(shí)，抽象概括的全過程。運(yùn)用物理模型分析波的形成與傳播，讓學(xué)生體會波在傳播過程中各質(zhì)點(diǎn)振動的先后及帶動作用，弄清各質(zhì)點(diǎn)的振動情況與波傳播之間的關(guān)系。通過對t=0，1/8T，1/4T，1/2T，3/4T，T，9/8T波形圖的分析，進(jìn)一步探究波的形成與傳播，給學(xué)生更加直觀地感受。本節(jié)課并未對所有時(shí)刻的波形進(jìn)行探究，而是選取了部分，其原因主要是教會學(xué)生分析和研究的方法，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，從而準(zhǔn)確地研究其他時(shí)刻波形。三、橫波和縱波1.橫波2.縱波聲波3.比較橫波和縱波介紹橫波演示儀（名稱被遮擋）的結(jié)構(gòu)?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】橫波演示儀演示橫波的形成與傳播提出問題：在老師搖動手柄時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振動方向是怎么樣的呢？波的傳播方向又是怎樣的？你們發(fā)現(xiàn)了什么呢？預(yù)設(shè)回答：在老師搖動手柄時(shí)，演示儀上的質(zhì)點(diǎn)都是沿豎直方向振動的，而波卻是沿水平方向向右傳播的。<定義>質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向相互垂直的波叫做橫波。<橫波特征>在橫波中，凸起的部分叫波峰，把凹下的部分叫波谷?！静シ乓曨l】人浪表演講解：在人浪表演中，每名學(xué)生彼此之間手牽著手，當(dāng)?shù)谝晃煌瑢W(xué)按著一定節(jié)奏在豎直方向進(jìn)行蹲起時(shí)，會帶動第二名同學(xué)隨之振動，進(jìn)而形成波浪起伏的美麗畫面。視頻中，每位同學(xué)在豎直方向振動，波在水平方向進(jìn)行傳播?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】使彩虹圈的一端發(fā)生振動提出問題：同學(xué)們觀察到什么現(xiàn)象呢？預(yù)設(shè)回答：當(dāng)用手沿著彩虹圈軸線的方向不斷地推拉它的一端時(shí)，彩虹圈上的每個(gè)小環(huán)都通過相互作用受到前一個(gè)小環(huán)帶動后才開始運(yùn)動，從而這種振動被傳播出去，形成了波。追問：你們還有什么新的發(fā)現(xiàn)呢？預(yù)設(shè)回答：彩虹圈上的任一位置附近時(shí)而變得緊密，時(shí)而又變得稀疏，然而并沒有看到像我們在繩波上看到的波峰和波谷。繼續(xù)追問：那彩虹圈上這種振動又是怎樣傳播的呢？【演示實(shí)驗(yàn)】標(biāo)記有紅布條的彩虹圈一端發(fā)生振動提出問題：在彩虹圈的振動的過程中，紅布條是如何運(yùn)動的？預(yù)設(shè)回答：紅布條在空間的位置不斷地發(fā)生變化，而紅布條始終保持在粉色帶與藍(lán)色帶的交界處。【演示實(shí)驗(yàn)】標(biāo)記有紅布條的彈簧裝置一端發(fā)生振動提出問題：彈簧圈是怎樣運(yùn)動的？波是向哪傳播的？紅布條振動前后的位置又是怎樣的？預(yù)設(shè)回答：當(dāng)用手撥動左端的彈片時(shí)，彈簧圈沿軸線左右振動，并在彈簧圈上產(chǎn)生密集部分和稀疏部分，這些交替變化的部分向右傳播。而紅布條在彈簧圈上的位置并未發(fā)生變化。結(jié)論：這類波與繩波有相似的傳播過程，即都是一種振動的傳遞。講解：其實(shí)這里，我們也可以將一系列的彈簧圈看成一系列的質(zhì)點(diǎn)，它們之間通過彈力相互作用。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)1開始振動后會帶動相鄰的質(zhì)點(diǎn)2發(fā)生振動，質(zhì)點(diǎn)2又會帶動質(zhì)點(diǎn)3發(fā)生振動，進(jìn)而引起所有質(zhì)點(diǎn)一起左右振動。但后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)總比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)晚一些開始振動。這樣質(zhì)點(diǎn)1的左右振動就沿彈簧向右傳播出去。提出問題：請同學(xué)們觀察彈簧上形成的這列波與我們學(xué)習(xí)的繩波有什么不同？<定義>質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向在同一直線上的波，叫做縱波。<縱波特征>在縱波中，質(zhì)點(diǎn)分布密集的部分叫密部，質(zhì)點(diǎn)分布稀疏的部分叫疏部?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】縱波演示儀演示縱波的形成與傳播講解：當(dāng)老師用手搖動手柄時(shí)，首先，質(zhì)點(diǎn)1先隨之左右運(yùn)動，繼而帶動其它的質(zhì)點(diǎn)依次運(yùn)動引起疏部和密部交替出現(xiàn)，并沿軸線方向向左傳播。【播放視頻】燃燒的蠟燭隨音樂跳動分析現(xiàn)象：當(dāng)音箱膜向一側(cè)振動時(shí)，會壓縮臨近的空氣，使這部分空氣變得緊密。而音響膜向另一側(cè)振動時(shí)，會使這部分空氣變得稀疏。這種疏密相間的狀態(tài)向外傳播使氣體分子發(fā)生振動，從而引起燭焰的跳動。講解：聲波也可以在固體、液體、氣體中傳播。將“橫波演示儀”字樣遮擋，用來模擬出之前所研究的波形，并通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察，從而得到橫波的定義及特征。培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和歸納總結(jié)能力。通過觀看人浪表演的視頻，讓學(xué)生感知物理無處不在，通過課下與同學(xué)一起進(jìn)行人浪表演體會物理學(xué)之美。通過彩虹圈實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從視覺上感知這列波與之前研究的波的不同，引起認(rèn)知沖突，從而為后面引出縱波的概念進(jìn)行鋪墊。為盡可能排除摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響，將彩虹圈換成吊起來的彈簧圈完成實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生今后在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的過程中提供了合理的思路。通過與繩波進(jìn)行對比，觀察到不同之處，從而歸納總結(jié)出縱波的定義及特征，培養(yǎng)了學(xué)生的歸納總結(jié)能力。通過極具震撼力的視頻引出對生活中常見的縱波——聲波的講解，在講解中注意與初中所學(xué)知識的聯(lián)系，做好初高中學(xué)科知識的銜接。以表格的形式比較橫波和縱波可以讓學(xué)生更清楚的識別與理解橫波和縱波，同時(shí)也教會學(xué)生比較異同點(diǎn)的直觀方法。四、機(jī)械波機(jī)械波與機(jī)械振動<定義>波借以傳播的物質(zhì)，叫做介質(zhì)。提出問題：那同學(xué)們現(xiàn)在能否說出機(jī)械波是怎樣形成與傳播的了嗎？【播放動畫】橫波和縱波的形成與傳播動畫<定義>機(jī)械振動在介質(zhì)中傳播形成了機(jī)械波。總結(jié)：機(jī)械波的形成與傳播，首先需要波源發(fā)生振動，隨后依靠質(zhì)點(diǎn)間的相互作用依次帶動下一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行振動，這樣機(jī)械振動就在介質(zhì)中產(chǎn)生并傳播出去?！緦?shí)驗(yàn)回顧】軟繩上和彈簧圈上的波提出問題：機(jī)械波在向前傳播的過程中到底傳播的是什么呢？預(yù)設(shè)回答：機(jī)械波傳播的只是一種振動的形式?！疽曨l回顧】音箱發(fā)聲，燭焰跳動提出問題