高中物理 人教版 選修一《機械波》

《機械波》單元教學設計單元基本信息學科物理實施年級高二設計者亳州市團隊課程標準模塊高中物理選擇性必修第一冊第三章機械波使用教材人民教育出版社2019版選擇性必修第一冊單元名稱機械波單元課時5節(jié)課時（二）單元教學規(guī)劃1.主題名稱：機械波主題概述：課標和教材分析課標中把教材中的二，三兩章作為一個大的主題機械振動與機械波，其中涉及機械波的相關知識概述如下（用劃線標注）：【課標內(nèi)容要求】1.2.1通過實驗，認識簡諧運動的特征。能用公式和圖像描述簡諧運動。1.2.2通過實驗研究，研究單擺的周期與擺長的定量關系。知道單擺周期與擺長，重力加速度的關系。會用單擺測量重力加速度的大小。1.2.3通過實驗認識受迫振動的特點。了解產(chǎn)生共振的條件及其應用。例1調(diào)查生產(chǎn)生活中受迫振動的應用實例。例2調(diào)查生產(chǎn)生活中利用和防止共振的實例。1.2.4通過觀察，認識波的特征。能區(qū)別橫波和縱波。能用圖像描述橫波。理解波速，波長和頻率的關系。1.2.5知道波的反射和折射現(xiàn)象。通過實驗，了解波的干涉與衍射現(xiàn)象。例3用波動演示器顯示波的疊加。例4觀察音叉雙臂振動激發(fā)的水波干涉現(xiàn)象。1.2.6通過實驗認識多普勒效應。能解釋多普勒效應產(chǎn)生的原因。能列舉多普勒效應的應用實例。對課標的解讀：針對機械波章節(jié)。1.2.4通過觀察，認識波的特征。能區(qū)別橫波和縱波。能用圖像描述橫波。理解波速，波長和頻率的關系。本條目要求學生通過觀察水波槽中浮子的運動或聲波的運動。認識波是振動和能量的傳播形式，在傳播過程中，介質(zhì)粒子只是圍繞平衡位置振動，并不隨波發(fā)生位移。通過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程區(qū)分橫波和縱波。在教學過程中，還可以讓學生站成一行，依次起立和下蹲來模擬橫波。學生要能區(qū)別橫波圖像與振動圖像，會在波的圖像上找出波長，振幅。不要求用圖像描述縱波。知道波長，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，能在具體情境中應用波速、頻率（周期）、波長三者的關系分析解決問題。1.2.5知道波的反射和折射現(xiàn)象。通過實驗，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準（實驗）》關于惠更斯原理和波的干涉、衍射兩個條目并降低了要求。只要求學生認識波的現(xiàn)象，不要求用惠更斯原理解釋，可以通過水波或聲波觀察波的反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象。應該讓學生認識到干涉和衍射是波所特有的兩個現(xiàn)象，波的疊加是干涉現(xiàn)象的基礎，應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，他們才能發(fā)生干涉。聲波是除了水波之外可以用來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。操場上兩個揚聲器播放同樣的聲音，在操場上行走時，感覺有的地方聲音大，有的地方聲音小，這是波的干涉現(xiàn)象。1.2.6通過實驗認識多普勒效應。能解釋多普勒效應產(chǎn)生的原因。能列舉多普勒效應的應用實例?？梢栽趩我纛l信號發(fā)生器的一端系上繩子，快速旋轉繩子，使信號發(fā)生器做圓周運動，讓學生聽音調(diào)的變化，也可以利用視頻播放鳴笛的火車、汽車等交通工具駛過我們身邊時的錄像，讓學生聽音調(diào)的變化，在感知這些現(xiàn)象的基礎上，引導學生應用所學的波的知識，對多普勒效應產(chǎn)生的原因作出解釋。多普勒效應應有多種用途，如交通警察利用超聲波測量車速，醫(yī)生利用彩超診斷疾病等，可以讓學生查閱資料，了解多普勒效應的應用?！窘滩姆治觥勘菊率菍W生第一次學習多質(zhì)點運動特征與規(guī)律。從內(nèi)容特點上看，機械波既是上一章機械振動的延續(xù)，又是后續(xù)學習光與電磁波的基礎。波動是物質(zhì)運動的一種特殊形式，其基本的運動特征與規(guī)律既適用于機械波，也適用于光波、電磁波及其他播。因此，學習機械波有十分重要的意義。從研究方法上看，這一章以實驗為基礎，更加突出物理學科特點，同時注重與生產(chǎn)生活和現(xiàn)代科學技術的聯(lián)系。在學習本章教材的過程中，教師要引導學生認真觀察、分析、實驗現(xiàn)象，推理得出物理規(guī)律，進而運用得到的物理規(guī)律去分析、解決問題。本章共5節(jié)，可以分為兩個單元，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。教材首先分析說明，彈性介質(zhì)中某處發(fā)生振動時，由于介質(zhì)相鄰部分間存在相互作用，振動的介質(zhì)要帶動相鄰的介質(zhì)振動，使振動沿介質(zhì)傳播出去。在深入細致的分析橫波和縱波形成過程的基礎上，明確指出介質(zhì)傳播的是振動這種運動形式，介質(zhì)本身并不隨波一起傳播，并進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，說明橫波波形圖的意義，強調(diào)波的圖像與振動圖像的區(qū)別。二是解析法，根據(jù)對振動傳播過程，橫波波形圖的空間周期性的分析，簡單，準確地給出了波長λ的定義，說明介質(zhì)中的質(zhì)點的振動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，介紹了波是運動的一種形式，分析了這種運動是介質(zhì)中的質(zhì)點間相互作用的結果。同樣，波的反射、折射、衍射與干涉也都是波與介質(zhì)相互作用的結果。而多普勒效應是運動的相對性的結果，充分滲透了運動與相互作用觀念。同時，教材介紹了波是能量傳遞的一種形式，也為學生進一步建立能量觀提供了支撐。二是強化科學思維。教材以實際問題引發(fā)學生思考，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），推導波動衍射條件和干涉條件。建立多普勒效應模型的過程中，都滲透了模型建構、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新的思想。三是體現(xiàn)科學探究。教材在探究波發(fā)生明顯衍射的條件時，首先從現(xiàn)象（繞射）引出問題（為什么會繞射），然后通過水波進行實驗（嘗試各種縫寬），最后得出結論（縫寬和障礙物尺寸與水波波長相當或更?。@是一個科學探究的過程。另外，對波的干涉現(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，振動方向要一致，這樣的兩列波才會產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，這是基于證據(jù)得出結論的過程。四是落實科學態(tài)度與責任。教材介紹機械波在介質(zhì)中的傳播速度時，強調(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，又強調(diào)聲速還與溫度有關，給出了0°c時幾種介質(zhì)中的聲速數(shù)值。這樣的安排有利于學生理解物理學的本質(zhì)。同時，教材在分析了多普勒效應的產(chǎn)生原理后，介紹了利用超聲波的多普勒測速儀、“彩超”等具體應用，有利于培養(yǎng)學生對物理學的興趣。2.適當降低學習難度本章教材的編寫根據(jù)課程標準的要求，在介紹波的反射、折射、干涉和衍射的時候，一改以往教材對本章內(nèi)容的安排方法。敘述的邏輯是從實驗到結論，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，降低學生學習難度。重視物理實驗與學生實踐活動本章教材共采用了七個演示實驗，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，充分說明物理學科要以實驗為基礎，也表明教學中要重視物理實驗的作用。藥針做實驗，通過實驗來引導學生認識物理現(xiàn)象，通過實驗得出物理規(guī)律。教材還安排了觀察水波的傳播，聲音的干涉兩個做一做，以及關于不同時刻波形圖和水波多普勒效應兩個思考與討論，強調(diào)學生的實踐活動在物理學習中的重要性。重視與生產(chǎn)生活的聯(lián)系教材在選取素材時，重視與生產(chǎn)、生活及現(xiàn)代技術相聯(lián)系。從運動場上波浪翻滾的彩帶、變化起伏的團體操，到降噪技術、超聲波測速儀、醫(yī)用彩超，再到多普勒效應在天文學上的應用，教材從多個方面說明機械波知識是生產(chǎn)生活與現(xiàn)代技術的重要基礎，也反映出物理學是有用的，需要學生認真學習。【本章學習要求】*能了解波，橫波和縱波的內(nèi)涵，能理解波速，波長和頻率的定量關系，能認識波的反射、折射、干涉、衍射及多普勒效應等現(xiàn)象，能解釋身邊與機械波有關的物理現(xiàn)象。具有與機械波相關的運動與相互作用觀念和能量觀念。-----物理觀念*能在熟悉的問題情境中運用簡諧波模型解釋機械波的問題，能分析與機械波相關的問題。通過推理得到結論并能解釋；能通過波的干涉、衍射規(guī)律等來說明機械波的波動性，能從相互作用和能量等不同角度認識機械波，能質(zhì)疑他人的觀點。-----科學思維*能觀察并探究有關機械波的實驗現(xiàn)象，提出并較準確表述可探究的物理問題，能自主觀察一些與機械波相關的實驗現(xiàn)象，收集證據(jù)，形成結論；能用與機械波相關的物理知識解釋所觀察的現(xiàn)象；能與他人協(xié)作，共同探究感興趣的物理問題。-----科學探究*能認識物理研究是對自然現(xiàn)象進行抽象的創(chuàng)造性工作；有自主學習物理、探索身邊的物理問題的興趣；能關注本地區(qū)的一些科學普及活動。----科學態(tài)度與責任【單元內(nèi)容結構化分析】【單元設計思路】課時教學目標第1節(jié)課通過觀察和分析，認識波是振動的傳播，知道波在傳播振動形式的同時也傳播能量和信息能對波動現(xiàn)象進行分析和推理，認識波的形成過程。能區(qū)別橫波和縱波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部。知道機械波的概念和形成機械波的條件。第2節(jié)課能用描點法作橫波的圖像，理解波的圖像的物理意義。理解波長、頻率和波速的意義及其關系。能判斷波的傳播方向和質(zhì)點的振動方向第3節(jié)課通過實驗認識波的反射和折射現(xiàn)象通過用射線解釋反射、折射現(xiàn)象，認識波動中建構物理模型的方法。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，了解波的疊加過程中質(zhì)點的合位移從振動角度認識振動加強區(qū)域和減弱區(qū)域。通過實驗認識波的干涉現(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)課通過實驗了解多普勒效應及其產(chǎn)生的原因，知道多普勒效應是波特有的現(xiàn)象。知道多普勒效應的簡單應用。單元課時流程第1節(jié)課第2節(jié)課第3節(jié)課第4節(jié)課第5節(jié)課單元教學反思1.由于本單元出自選擇性必修一的教材，對于高二的學生來說，沒有學習到該部分內(nèi)容，但是高三的部分學校的學生基于老高考的形式避開了這部分內(nèi)容，再加上隊伍里的老師青年教師居多，經(jīng)驗尚淺，對老師和學生來說都是一個挑戰(zhàn)。2.團隊里的五位老師分別來自不同的區(qū)縣，不同的學校，單元課時內(nèi)容是連貫性設計的，但面對的學生是不同的群體，學生體會不到課時的連貫性；另外，雖然也進行了面對面的交流，但是要進行時時當面探討交流也比較困難。單元自我檢測1.當波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，下列物理量不會發(fā)生改變的是（）A.周期B.頻率C.振幅D.相位（學業(yè)質(zhì)量水平1）2.下列關于波的說法正確的是()A.兩列波疊加一定會出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣B.在干涉圖樣中,振動加強區(qū)域的質(zhì)點的位移一定大于振動減弱區(qū)域質(zhì)點的位移C.當波源遠離接收者時,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比較相差不多或較小,波才能發(fā)生衍射（學業(yè)質(zhì)量水平1）3.公路上的雷達測速儀的工作原理是()A.波的反射和多普勒效應B.波的干涉和多普勒效應C.波的干涉和波的反射D.波的反射和共振（學業(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.“空山不見人,但聞人語響”C.河中蘆葦后面沒有留下無波的區(qū)域D.池中假山前有水波,假山后無水波（學業(yè)質(zhì)量水平2）5.公路上的雷達測速儀的工作原理是()A.波的反射和多普勒效應B.波的干涉和多普勒效應C.波的干涉和波的反射D.波的反射和共振（學業(yè)質(zhì)量水平2）6.如圖所示,在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN,在墻的一側有一個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點走到墻后的B點,在此過程中,如從衍射的角度來考慮,則會聽到()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（學業(yè)質(zhì)量水平2）7.如圖甲所示,O、P為介質(zhì)中的兩點,O為波源,OP間距為6m。t=0時刻O點由平衡位置開始向上振動,向右產(chǎn)生沿直線傳播的簡諧橫波,圖乙表示t=0時刻開始P點的振動圖像。則以下說法錯誤的是()A.該波的波長為12mB.該波的波速為2m/sC.該波的周期為4sD.從開始振動到t=10s,質(zhì)點P經(jīng)過的路程為1.6m（學業(yè)水平質(zhì)量3）8.如圖所示,實線與虛線分別表示振幅、頻率均相同的兩列波的波峰和波谷。此刻M點處波峰與波峰相遇,下列說法正確的是()A.該時刻質(zhì)點O正處于平衡位置B.P、N兩質(zhì)點始終處在平衡位置C.從該時刻起,經(jīng)過二分之一周期,質(zhì)點M處于振動減弱區(qū)D.從該時刻起,經(jīng)過二分之一周期,質(zhì)點M到達平衡位置（學業(yè)水平質(zhì)量3）9.一列簡諧橫波沿x軸傳播,某時刻的波形如圖所示,其中a、b、c為三個質(zhì)點,此時質(zhì)點a在平衡位置,且向上運動,由此可知下列說法正確的是()A.該波沿x軸正方向傳播B.a的振幅為零C.該時刻以后,b和c始終有相同的加速度D.該時刻以后,c比b先到平衡位置（學業(yè)水平質(zhì)量3）10.兩個振動情況完全一樣的波源S1和S2相距6m,它們在空間產(chǎn)生的干涉圖樣如圖所示,圖中實線表示振動加強的區(qū)域,虛線表示振動減弱的區(qū)域。下列說法正確的是()兩波源的振動頻率一定相同B.虛線一定是波谷與波谷相遇處兩列波的波長都是2mD.兩列波的波長都是1m（學業(yè)水平質(zhì)量3）11.如圖甲所示,在操場的P、Q兩個位置放兩個揚聲器,PQ之間的距離d=10m,其中A在PQ的中垂線上,B在PQ的連線上,且P,B之間的距離為3.3m。兩個揚