2024-2025學(xué)年高中物理第二章機(jī)械波3波的圖像教案1教科版選修3-4

PAGE6-波的圖象【學(xué)科素養(yǎng)培育】

物理觀念

理解波的圖像的意義。知道波的圖像的橫、縱坐標(biāo)各表示什么物理量，知道什么是簡諧波。2.能在簡諧波的圖像中確定質(zhì)點(diǎn)振動的振幅等物理量。3.知道用圖象法探討波動的優(yōu)點(diǎn)，理解圖象的得出方法和物理意義。

4.知道簡諧波的概念。

（注：波的傳播方向與各振子某時(shí)刻的振動方向的相互判定的方法在第1節(jié)中已經(jīng)完成，本節(jié)不再列為本節(jié)課的一個(gè)目標(biāo)；能從某一時(shí)刻波的圖象和波的傳播方向，正確畫出下一時(shí)刻或前一時(shí)刻波的圖象這一目標(biāo)也改為第3節(jié)的內(nèi)容，一是為削減第2節(jié)的容量和難度，二是因?yàn)槠揭频木嚯x多與波長有關(guān)，只有學(xué)習(xí)了波長之后才便利學(xué)習(xí)。）

二、科學(xué)思維1.建立波動圖像的正確模型，知道簡諧波的圖象是一條正弦曲線。

能夠辨別振動圖象和波動圖象的異同。已知某一時(shí)刻某簡諧波的圖像和波的傳播方向，能畫出下一時(shí)刻的波的圖像，并能指出圖像中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動方向。三、試驗(yàn)探究1．學(xué)生經(jīng)驗(yàn)用描點(diǎn)法畫出波動圖象的過程，體會波動圖象的物理意義。充分利用箱式波動演示器展示波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向關(guān)系，波動圖像的改變。2．通過比較和探討振動圖象與波動圖象的異同，熬煉學(xué)生的視察辨析實(shí)力、歸納總結(jié)實(shí)力以及語言溝通實(shí)力。四、科學(xué)看法與責(zé)任讓學(xué)生體驗(yàn)波動過程和諧有序之美，體驗(yàn)辨析事物間異同的艱辛與樂趣。讓學(xué)生成為質(zhì)點(diǎn)，人為演示波動改變圖，感悟波動過程“帶動”效果?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】波動圖像的得出。帶動法畫出再經(jīng)過nT時(shí)刻波形圖。

3．振動圖象和波動圖象的異同?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】振動圖象和波動圖象的異同?！窘虒W(xué)方法】箱式波動演示器，多媒體課件與視頻、探討探究，“學(xué)生質(zhì)點(diǎn)”演示?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)并引入新課師：繩波是如何形成的？參與波動的各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動有什么規(guī)律？

生回憶探討相互補(bǔ)充得出：由于各質(zhì)點(diǎn)的帶動作用，振動在介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波；各質(zhì)點(diǎn)都在振動并不隨波遷移，發(fā)生遷移的是波形，各質(zhì)點(diǎn)的振動規(guī)律都相同只是沿傳播方向振動相位（步調(diào)）依次落后。師：由于波動是大量質(zhì)點(diǎn)同時(shí)振動形成的，而且各質(zhì)點(diǎn)振動步調(diào)又不一樣，因此波動遠(yuǎn)比振動困難，這就給我們探討它帶來了困難，不過應(yīng)付困難的運(yùn)動我們可是有法寶的，它可以使運(yùn)動變得直觀簡潔，這個(gè)方法探討振動時(shí)也用過，大家說是什么方法？生：圖象法。師：本節(jié)課我們就學(xué)習(xí)如何建立波的圖象以及波動圖象與振動圖象的異同。板書：第2節(jié)波的圖象二、新課教學(xué)師：自學(xué)課文5分鐘。師：下面我們一起思索或完成以下幾個(gè)問題。（以下各問題以學(xué)案的方式給出，并預(yù)留出作答空間）1．波的圖象橫、縱軸的物理意義是什么？2．用描點(diǎn)法畫出圖-1所示的一列水平繩波此時(shí)刻波的圖象（以與手相接的質(zhì)點(diǎn)為波源，須要確定位置坐標(biāo)和位移大小時(shí)用毫米刻度尺）3．波的圖象的物理意義是什么？4．什么樣的波叫簡諧波？5.“特別點(diǎn)”法畫波的圖像的解題步驟：？6．利用圖-3探討波動圖象與振動圖象的主要異同？完成問題1：學(xué)生很簡單回答出問題1，讓學(xué)生在空白處作答：x軸──參與波動的各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。y軸──某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的振動位移。師：大家都知道，畫運(yùn)動圖象的方法中最常用的就是描點(diǎn)法，即先在坐標(biāo)系中選取若干點(diǎn)，再用平滑曲線擬合這些點(diǎn)就得到了圖象，下面我們就親自動手畫波動圖。完成問題2：學(xué)生回答問題2，老師巡察指導(dǎo)溝通。當(dāng)絕大多數(shù)學(xué)生都作完后，選擇幾名同學(xué)用實(shí)物投影展示，并闡述自己的思路，老師與其他同學(xué)適當(dāng)點(diǎn)評。師：很簡單看出某時(shí)刻繩波的圖象與繩子此時(shí)的形態(tài)是一樣的，就像沿垂直于繩子所在平面拍得的照片一樣，事實(shí)上對全部橫波而言波的圖象與那一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)組排列形成的圖形都是一樣的，那么對縱波而言，波的圖象會不會與質(zhì)點(diǎn)組排列形成的圖形也一樣呢？請大家依據(jù)說明完成學(xué)案上的圖-2。學(xué)生作圖時(shí)老師巡察指導(dǎo)溝通，當(dāng)絕大多數(shù)學(xué)生都作完后，選擇幾名同學(xué)用實(shí)物投影展示，并闡述自己的思路，老師與其他同學(xué)適當(dāng)點(diǎn)評。師：可見波動圖象反映的是某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位移分布規(guī)律而不是某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的位置分布規(guī)律，那么能回答問題3了嗎？完成問題3：學(xué)生很簡單答出，并在空白處作答：表示某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移．完成問題4：學(xué)生很簡單答出，并在空白處作答：各質(zhì)點(diǎn)做簡諧運(yùn)動時(shí)，波的圖象為正弦曲線，這種波叫簡諧波。師：簡諧波的圖象是正弦曲線，簡諧運(yùn)動的圖象也為正弦曲線，那么波動圖與振動圖主要有什么異同呢？同學(xué)們先探討5分鐘，然后打算回答。完成問題5：（學(xué)生課堂練習(xí)，探討過程中，老師到學(xué)生中巡察并參與探討。）

得出結(jié)論：“特別點(diǎn)”法畫波的圖像的解題步驟：1.明確波的傳播方向，2.依“帶動法”畫出橫坐標(biāo)軸上0和1/4等特別點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)振動方向，3.依據(jù)t=?T時(shí)刻找出這些質(zhì)點(diǎn)的位置，4.依據(jù)正弦（余弦）規(guī)律作圖。完成問題5：（學(xué)生課堂探討過程中，老師到學(xué)生中巡察并參與探討。）學(xué)生起先回答時(shí)，要求老師組織其他同學(xué)點(diǎn)評、補(bǔ)充，必要時(shí)可以讓學(xué)生利用實(shí)物投影展示他在圖-3上的發(fā)覺。較簡單找出的異同有兩個(gè)，一是坐標(biāo)軸的物理意義，二是圖象的物理意義。不簡單找出的異同也有兩個(gè)，一是隨著時(shí)間的推移圖象的改變，二是通過圖象探討質(zhì)點(diǎn)振動過程中各個(gè)物理量改變規(guī)律的方法，老師要剛好啟發(fā)引導(dǎo)。對于前一個(gè)異同可以提出以下問題啟發(fā)：振動圖只畫到4s末，假如問5s末的振動狀況怎么辦？假設(shè)波動圖是4s末的，假如問波源再振了（T為振動周期）時(shí)間后的波動狀況呢？（對于振動圖象的延長和波動圖象的平移可以用課件對比演示）對于后一個(gè)異同可以提出以下問題啟發(fā)：圖-3中a質(zhì)點(diǎn)此刻的振動方向如何？加速度、位移的方向又如何？此刻后的一小段時(shí)間內(nèi)速度、加速度、位移大小如何改變？若波向左傳播，以上問題答案如何？b點(diǎn)代表的時(shí)刻，振子的振動方向如何？加速度、位移的方向又如何？此刻后的一小段時(shí)間內(nèi)速度、加速度、位移大小如何改變？老師引導(dǎo)同學(xué)們結(jié)合動態(tài)圖像展示，最終歸納出以下四點(diǎn)，在空白處作答。1．坐標(biāo)軸的物理意義：振動圖象的橫軸為時(shí)間，波動圖象的橫軸為各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置；兩種圖的縱軸均為質(zhì)點(diǎn)相對平衡位置的位移。2．圖象的物理意義：振動圖象表示一個(gè)質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻的振動位移狀況；波動圖表示全部振動的質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的振動位移狀況。3．圖象隨時(shí)間的改變：隨著時(shí)間推移，振動圖象已有形態(tài)和位置不變，僅僅進(jìn)行線的延長；而波動圖已有形態(tài)雖不變，但位置上要沿傳播方向平移。4．由圖象探討各物理量：某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)振動方向的判定方法不同；而加速度、位移的方向判定方法一樣，速度大小、加速度大小、位移大小的改變趨勢推斷方法一樣。

練習(xí)1：已知波速v=2m/s一列波，X=8m處質(zhì)點(diǎn)圖示時(shí)刻向上振動，請畫出再經(jīng)過3s時(shí)刻波形圖。002468x/m/x/mm/y/mm/m-0.20.21210老師指導(dǎo)學(xué)生方法小結(jié)歸納：已知