《物理（醫(yī)藥衛(wèi)生類）》教案 高職 第5章 振動與波

教案名稱：5.1簡諧振動教學目標：1.了解簡諧振動，會用振幅、周期和頻率描述振動。了解任何物體都有自己的固有周期和固有頻率，且與振幅大小無關(guān)。2.理解彈簧振子的簡諧振動是一種理想化物理模型。了解簡諧振動回復(fù)力與位移滿足F=-kx關(guān)系，是一種速度、位移、加速度不斷變化的變速運動。會分析彈簧振子振動過程中各個物理量的變化。了解振動在科學探究和醫(yī)學上的應(yīng)用。3.能夠分辨自由振動、阻尼振動和受迫振動，通過實驗探究了解共振現(xiàn)象，了解共振的條件和共振在技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。4.通過科學調(diào)查等活動培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，了解科學論證的一般方法，發(fā)展運用科學技術(shù)服務(wù)社會的責任意識。教學重點：簡諧振動的回復(fù)力特點；描述簡諧振動規(guī)律的物理量；受迫振動與共振。教學難點：簡諧振動的回復(fù)力特點；描述簡諧振動規(guī)律的物理量。教學方法：講授法、實驗探究法、討論法教學準備：實驗器材：彈簧、重物、支架；單擺球、細線等。多媒體材料：PPT課件。教學過程：一、導(dǎo)入新課：機械振動是自然界中常見的運動形式之一，而波是振動在媒質(zhì)中的傳播。機械振動和機械波的知識是學習各種形式振動和波的基礎(chǔ)。情景創(chuàng)設(shè)：展示日常生活中普遍存在的振動現(xiàn)象。提問這些運動的共同特點和如何描述這樣的運動。二、新課講解：1.觀察下列實驗，引入概念：物體在平衡位置附近做往復(fù)運動叫做機械振動，簡稱振動。一切發(fā)聲的運動，如聲帶、音叉、琴弦、鼓膜的運動，都是機械振動的例子。2.簡諧振動彈簧振子和單擺是簡諧振動的典型例子。下面以彈簧振子為例。介紹彈簧振子構(gòu)造：為了使問題得到簡化，設(shè)彈簧的質(zhì)量與小球相比可以忽略，水平圓棍光滑的沒有摩擦，這樣的系統(tǒng)就稱為彈簧振子。小球為什么會振動呢？詳細講解（平衡位置，指向平衡位置的力，加速度，慣性，能量轉(zhuǎn)換，重復(fù)相同過程）使物體回到平衡位置的力稱為回復(fù)力。當物體偏離平衡位置生回復(fù)力存在，是物體振動的必要條件。選取如圖所示的坐標，根據(jù)胡克定律，彈簧的彈力與彈簧的伸長成正比。F負號表示回復(fù)力與位移方向相反。物體在與位移成正比而與位移的方向相反的回復(fù)力作用下的振動，叫做簡諧振動。根據(jù)牛頓第二定律負號表示加速度與位移方向也相反。3.描述簡諧振動的物理量（1）振幅A振動物體離開平衡位置的最大距離叫做振幅。（2）周期T和頻率f物體完成一次振動所需的時間叫做周期。簡諧振動的周期跟什么有關(guān)呢？（觀察活動）利用秒表測量彈簧振子的周期。結(jié)論：彈簧振子的周期是由彈簧振子自身的性質(zhì)決定的，與振幅無關(guān)。對于一個確定的系統(tǒng)來說，T是一個恒量，只由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定，叫做系統(tǒng)的固有周期。單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)稱為振動的頻率，數(shù)值上就是周期的倒數(shù)。T=1周期和頻率是表示物體振動快慢的物理量。4.阻尼振動和受迫振動（1）自由振動理想狀態(tài)下，振動系統(tǒng)不受其他外力作用時的振動稱為自由振動。（2）阻尼振動在實際振動過程中，振動系統(tǒng)因克服外界阻力做功而不斷消耗能量，振幅會不斷減小，最終完全停止下來。這種振幅隨時間逐漸減小的振動稱為阻尼振動。討論交流：總結(jié)阻尼振動的特點，舉例說明阻尼振動在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。（3）受迫振動振動系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下的持續(xù)振動稱為受迫振動。討論交流：總結(jié)受迫振動的特點，舉例說明受迫振動在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。實驗探究：受迫振動的振幅用受迫振動實驗儀探究受迫振動振幅和什么因素有關(guān)。通過觀察實驗發(fā)現(xiàn)，與驅(qū)動擺球（金屬球）擺長相同的擺球（塑料球）總是振幅最大的。結(jié)論：當驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，物體做受迫振動的振幅達到最大值，這種現(xiàn)象稱為共振。5.應(yīng)用拓展三、課堂小結(jié)：知識梳理：總結(jié)振動現(xiàn)象的重要概念和描述振動的基本物理量。重點強調(diào)：強調(diào)科學探究和歸納推理的重要性?？梢龑?dǎo)學生回顧是否達到本節(jié)的核心素養(yǎng)目標。四、課后練習及作業(yè)布置：1.結(jié)合你的專業(yè)，收集機械振動在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用事例，撰寫調(diào)查小報告，與老師或者同學展開討論交流。2．如果一個彈簧振子的振幅為6cm，該振子完成一次全振動，經(jīng)過了幾次平衡位置？振子運動的路程為多少？3．在下坡路段，為了提醒駕駛員注意減速，設(shè)置了連續(xù)減速帶。每條減速帶之間的間隔為10m，如果車輛的固有頻率為0.5Hz，試問，當車輛以多大的速度通過這一路段時，車輛振動最厲害？教案名稱：5.2機械波教學目標：1.了解機械波的產(chǎn)生和傳播原理，能區(qū)別橫波和縱波。了解用波形圖描述機械波的一般方法。理解波長、頻率和波速等物理量的定義，了解描述機械波相關(guān)物理量的關(guān)系。理解波的疊加原理，了解波的衍射和干涉現(xiàn)象。2.理解振動和波的關(guān)系，了解降噪耳機的設(shè)計原理，了解波動理論、超聲波在日常生活、科學探究和醫(yī)療健康等職業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。3.能夠通過視頻、演示實驗和活動，分析機械波的產(chǎn)生過程，能夠識別和分析橫波的波形圖。能夠結(jié)合實際，完成探究小實驗，發(fā)展實驗觀察、探究設(shè)計等學科核心素養(yǎng)。教學重點：機械波的產(chǎn)生與傳播；描述機械波的物理量；波的衍射和干涉。教學難點：機械波的產(chǎn)生與傳播；能運用波長波速和周期的關(guān)系，解決實際問題。正確理解振動與波的關(guān)系。教學方法：實驗探究法、講授法、討論法教學準備：實驗器材：水盆、金屬棒、乒乓球、繩子、長彈簧等。多媒體材料：PPT課件。教學過程：一、導(dǎo)入新課：機械振動是自然界中常見的運動形式之一，而波是振動在媒質(zhì)中的傳播。機械振動和機械波的知識是學習各種形式振動和波的基礎(chǔ)。情景創(chuàng)設(shè)：俗話說“一石激起千層浪”，當將一顆小石子投入水中，水面就會形成從中心向四周傳播出的一圈圈水波。能量也隨著水波向外傳播。提問，水波的產(chǎn)生與傳播是如何發(fā)生的？這種波的運動有什么樣的特點呢？二、新課講解：1.觀察下列課堂小實驗，認識機械波，總結(jié)機械波的形成和傳播條件：（1）用水盆乒乓球制造水波（2）抖動長繩制造繩波結(jié)論：要產(chǎn)生機械波，首先必須有產(chǎn)生機械振動的物體或者質(zhì)點，即波源。其次，要產(chǎn)生機械波，還必須要有傳播介質(zhì)。水盆中的水和長繩都是介質(zhì)。仔細觀察我們會發(fā)現(xiàn)，乒乓球會隨著水波在原地上下浮動，并不會隨著水波的傳播移動。抖動的繩子也是一樣，假設(shè)給繩子系上一個紅綢，紅綢也只會在原地抖動，并不會隨繩波的傳播而移動到另一端。機械波在傳播振動的時候，介質(zhì)中的物質(zhì)并沒有隨著機械波遷移，機械波只是傳遞了波源的振動方式和能量。（3）用長彈簧制造縱波利用一根長而軟的彈簧，擠壓彈簧的一小段，然后突然釋放。你觀察到了什么現(xiàn)象呢？從實驗中我們觀察到，彈簧圈密集的部分和稀疏的部分交替著向左右兩邊傳播，這種在彈簧上振動方式和能量的傳播也是機械波。比較分析：比較幾次實驗，發(fā)現(xiàn)前兩個實驗振動方向和機械波的傳播方向垂直，而最后一個實驗振動方向和傳播方向在一條直線上。前兩個叫做橫波，彈簧上的機械波叫做縱波。橫波與縱波的區(qū)別2.描述機械波的物理量：波長、頻率和波速（1）波形圖以繩子上傳播的橫波為例，在波的傳播過程中，如果給它拍一張照片，我們就可以得到某個時刻，繩子上各個質(zhì)點的具體位置。建立直角坐標系，把照片放入到坐標系，就可以得到這一時刻波的圖像。波的圖像也稱為波形圖。（2）波長振動情況相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離就稱為波長。波長通常用λ表示，國際單位為米。在橫波中，兩個相鄰的波峰，兩個相鄰的波谷或者振動情況相同的任意兩個相鄰質(zhì)點間的距離都等于波長。在縱波中，任意兩個相鄰密部或者兩個相鄰的疏部之間的距離也等于波長。（3）周期和頻率在波動中，各個質(zhì)點的振動周期或者頻率都是相同的，都等于波源的振動周期或者頻率。這個周期或者頻率也稱為波的周期（用T表示）或者頻率（用f表示）。（4）波速波速描述了波在介質(zhì)中傳播的快慢程度，數(shù)值上等于單位時間內(nèi)質(zhì)點振動向外傳播的距離。例如在一個振動周期T內(nèi)，波向外傳播的距離為一個波長λ。那么，這個波的波速就可以表示為v=λT又因為T=v=λf3.波的衍射提問：波的傳播依賴介質(zhì)。但如果波在傳播的過程中遇到障礙物，會發(fā)生什么樣的現(xiàn)象呢？在湖面上，水波遇到石塊或者蘆葦?shù)燃毿〉恼系K物時，水波可以繞過它們繼續(xù)傳播。波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱為波的衍射。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。課堂討論：能否列舉生活中的實例，證明機械波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象？4.波的干涉提問：在介質(zhì)中如果出現(xiàn)同時有幾列波同時傳播的情況，那么當波與波相遇的時候，會發(fā)生什么樣的現(xiàn)象呢？比如水盆實驗中，如果有兩個振動源同時振動，水面的機械波會呈現(xiàn)出怎樣的情形？實驗表明，兩列波在相遇后會互相穿過對方，波的形狀和傳播情形和相遇之前沒有分別，仍然沿著各自原來的方向繼續(xù)傳播。在它們重疊的時候，兩列波引起的質(zhì)點的振動位移，等于這兩列波分別作用于該質(zhì)點時位移的矢量和，這就是波的疊加現(xiàn)象。在水槽中，同一振動片上固定兩根細桿。振動時，細桿連接的小球以相同的周期（頻率）觸動水面，形成兩個波源。兩列波相遇，水面上出現(xiàn)了一些特殊的區(qū)域，有些地方水面始終保持平靜，有些地方則振動激烈，這兩類區(qū)域間隔排列，形成了一個穩(wěn)定的圖樣。這種周期（頻率）相同的兩列波疊加，使得某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開的現(xiàn)象稱為波的干涉。5.應(yīng)用拓展閱讀降噪耳機的工作原理。三、課堂小結(jié)：知識梳理：總結(jié)機械波的產(chǎn)生和傳播條件，描述機械波的幾個基本物理量。重點強調(diào)：強調(diào)科學探究和歸納推理的重要性。引導(dǎo)學生回顧是否達到本節(jié)的核心素養(yǎng)目標。四、課后練習及作業(yè)布置：1．關(guān)于振動和波的關(guān)系，正確說法是（）A物體做機械振動，一定會產(chǎn)生機械波B介質(zhì)中有機械波傳播，其中質(zhì)點一定在做機械振動C.如果波源停止振動，在介質(zhì)中傳播的波動也立即停止D介質(zhì)中每一個質(zhì)點開始振動的方向一定和波源開始振動的方向相同2.關(guān)于機械波的概念，下列說法正確的是（）A質(zhì)點振動的方向總是垂直于波傳播的方向B.橫波和縱波可同時存在于介質(zhì)中C機械波傳播能量，也傳遞振動信息D橫波中質(zhì)點不隨波遷移，縱波中質(zhì)點隨波遷移3.為什么機械波傳播過程中，介質(zhì)中各質(zhì)點的頻率與波源振動的頻率相同？教案名稱：5.3超聲波及其應(yīng)用教學目標：1.了解超聲波、次聲波的基本特點。2.了解超聲波在日常生活、科學探究和醫(yī)療健康等職業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。教學重點：了解超聲波特點及其應(yīng)用場景。教學難點：超聲波及其應(yīng)用的調(diào)查和總結(jié)匯報。教學方法：講授法、討論法教學準備：演示實驗器材：紙盆揚聲器等多媒體材料：PPT課件。教學過程：一、導(dǎo)入新課：問題導(dǎo)入：我們生活的世界豐富多彩，充滿了各種各樣的聲音，朗朗的讀書聲，動聽的樂曲聲，潺潺的流水聲，蜜蜂飛舞的嗡嗡聲……聲音可以傳遞信息，也可以表達情緒。不過，人的聽力是有限的，人的聽力限度之外還有聲音嗎？聽不見的聲音又可以有哪些應(yīng)用呢？二、新課講解：1.超聲波發(fā)聲的小實驗：（1）說話時，用手摸著喉嚨部位，感受聲帶振動發(fā)聲。（2）揚聲器播放音樂時，觀察紙盆，發(fā)現(xiàn)紙盆振動。結(jié)合實驗觀察開展討論：聲音是怎么產(chǎn)生的？結(jié)論：聲音是由物體的振動產(chǎn)生的。聲波是一種機械波?；仡櫯f知：要產(chǎn)生機械波，首先必須有產(chǎn)生機械振動的物體或者質(zhì)點，即波源。其次，要產(chǎn)生機械波，還必須要有傳播介質(zhì)。聲波的波源和傳播介質(zhì)分別是什么？結(jié)論：振動的聲帶、紙盆是波源，傳播介質(zhì)是空氣。人是否能聽見所有的聲音？思考：在地震發(fā)生的時候，很多動物會出現(xiàn)異常表現(xiàn)，而人類往往無知無覺。為什么？討論：地震時會產(chǎn)生超聲波和次聲波，人的聽覺無法感知，但有些動物的聽覺比人更加敏銳，能夠聽見。所以，人耳是有聽覺范圍的。一般只能聽到頻率在20Hz到20kHz之間的聲波。頻率大于20kHz的稱為超聲波，而頻率小于20Hz的稱為次聲波。在傳播速度一定的情況下，聲波的頻率越大波長越小。那么超聲波和次聲波在傳播中會表現(xiàn)出哪些不一樣的特點呢？分析討論，歸納總結(jié)：超聲波：頻率大，波長小，方向性強，容易反射，不易衍射，穿透力很強。次聲波：頻率小，波長大，傳播距離遠，容易衍射，難以遮擋。2.超聲波的應(yīng)用超聲波具有方向性好、功率大、穿透力強等特性。在海洋探測、工業(yè)制造、醫(yī)療健康等諸多領(lǐng)域，均有廣泛應(yīng)用。（1）聲吶設(shè)備的工作原理（2）超聲波探傷儀的應(yīng)用（3）超聲波診斷儀的應(yīng)用（4）超聲波清洗技術(shù)的應(yīng)用組織學生分組收集資料，了解超聲波檢測技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，了解超聲波技術(shù)的發(fā)展歷程，撰寫研究小報告，并進行課堂匯報和交流討論。3.閱讀拓展物理與職業(yè)超聲醫(yī)師，引導(dǎo)學生展開職業(yè)生涯規(guī)劃討論，認識學好物理的重要性。三、課堂小結(jié)：知識梳理：總結(jié)超聲波的特點以及超聲波技術(shù)在生活生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。重點強調(diào)：發(fā)展實驗觀察、科技傳承等物理學科核心素養(yǎng)，組織引導(dǎo)學生開展評價活動，回顧核心素養(yǎng)目標達成情況。四、課后練習及作業(yè)布置：1.請你分析下列實例是利用聲波傳遞能量還是傳遞信息。(1)利用超聲波給金屬工件探傷；(2)醫(yī)生通過聽診器給病人診病；(3)通過聲學儀器接收到的次聲波等信息判斷地震的方位和強度；(4)利用超聲波排除人體內(nèi)的結(jié)石。2.用超聲測位儀向海底垂直發(fā)射聲波，經(jīng)過4s后收到回復(fù)，如果海水中聲音的平均傳播速度為1500m/s，此處海水約有多深？教案名稱：5.4多普勒效應(yīng)教學目標：1.了解多普勒效應(yīng)。2.能利用多普勒效應(yīng)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。3.了解多普勒效應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學重點：了解多普勒效應(yīng)，能利用多普勒效應(yīng)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。教學難點：普勒效應(yīng)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的調(diào)查和總結(jié)匯報。教學方法：講授法、討論法教學準備：實驗器材：蜂鳴器、手機傳感器等多媒體材料：PPT課件。教學過程：一、導(dǎo)入新課：創(chuàng)設(shè)情境：觀看一段視頻，一列火車鳴著笛由遠到近駛來，再駛離觀測者的過程。分析聽到的聲音有什么變化？觀察歸納：響度變化，先逐漸變大再變?。贿€有音調(diào)變化，先高，后低。分析思考：響度和距離有關(guān)，距離越近，響度越大。而音調(diào)和頻率有關(guān)，聲音的頻率先大后小。頻率的變化有沒有辦法進行測量？同一個聲源，又為何頻率會發(fā)生變化呢？二、新課講解：1.多普勒效應(yīng)用軟件分析視頻中的汽笛頻率可知：當火車駛來時，汽笛聲的頻率高；當火車駛離時，汽笛聲的頻率低。引出多普勒效應(yīng)的定義。人們把這種聲源與接收者因為發(fā)生相對運動，從而使接收到的聲波頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。實驗探究多普勒效應(yīng)，研究相對運動對測量頻率的影響。首先，準備好兩部智能手機，安裝例如手機物理工坊（手機物理工坊，又名Phyphox。是一款基于傳感器設(shè)計開發(fā)的物理實驗手機軟件）這一類的軟件。將其中一部手機設(shè)置為信號發(fā)生器（蜂鳴器）。設(shè)置信號發(fā)生器的頻率為2000Hz，然后開始播放。另一部手機設(shè)置為信號接收器，使其工作，并記錄下接收到聲音的頻率。當兩部手機也就是信號發(fā)生器和接收器之間有相對運動時，你會發(fā)現(xiàn)接收到的聲音頻率發(fā)生了變化。設(shè)計實驗表格記錄實驗結(jié)果：波源f觀測者f’f’與f靜止靜止f’=f