高二物理(人教版 教科版通用) 波的形成和传播教案

教案教学基本信息课题波的形成和传播学科物理学段：高中年级高二教材书名：普通高中物理教科书选修3-4出版社：人民教育出版社出版日期：2010年4月教学设计参与人员姓名单位联系方式设计者任鑫北京市第十二中学实施者任鑫北京市第十二中学指导者陈磊北京教育学院丰台分院课件制作者任鑫北京市第十二中学其他参与者教学目标及教学重点、难点教学目标1.通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。2.能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。3.知道什么是机械波和机械波形成的条件。教学重点1．机械波的形成过程及传播。2．机械波与机械振动的区别及联系。教学难点1．机械波形成过程与传播。2．各质点间带动作用造成的各质点间的重复性和滞后性。

教学过程(表格描述)教学环节主要教学活动设置意图一、创设情境，引入新课【配乐朗诵】水波离开了它产生的地方，而那里的水并不离开，就像风在田野里掀起的麦浪。我们看到，麦浪滚滚地在田野里奔去，但是麦子仍旧留在原来的地方。——达·芬奇讲述生活中的波现象，波的应用及危害。通过朗诵的形式诵读与波动相关的诗，让学生在轻松愉悦的氛围中进入本节课学习。通过叙述生活中各种波现象，引入章课题，节课题。二、波的形成与传播【播放视频】带操表演提出问题：在表演中，大家观察到什么现象呢？运动员手中的细棒是怎样运动的？与细棒相连的彩带又是如何运动的呢？预设回答：运动员在抖动手中的细棒，同时彩带像波浪一样在空中飞舞。【互动实验】向上抖动软绳的一端提出问题：同学们观察到什么现象呢？预设回答：软绳上形成一个凸起的部分。【互动实验】向下抖动软绳的一端提出问题：同学们看到了什么？预设回答：软绳上形成一个凹下的部分。过度：通过刚才的两个实验，我们并没有看到软绳像彩带一样飞舞。那怎样做才能使软绳像彩带一样波浪翻卷呢？同学们可以利用手中的软绳继续进行尝试。【互动实验】不断地上下抖动软绳的一端提出问题：同学们又看到了什么现象？预设回答：看到软绳像彩带一样飞舞。<定义>振动的传播称为波动，简称为波。追问：那软绳一端的振动是怎样传到另一端的？【探究实验】不断地上下抖动标记有红布条的软绳一端提出问题：软绳在振动前、振动时和振动后，红布条在绳上的位置是否随波的传播发生变化？预设回答：红布条在软绳振动前、振动时、振动后在绳上的位置始终保持不变，并未随波的传播运动到软绳的另一端。追问：那红布条的运动是怎样的呢？预设回答：红布条在自己的平衡位置附近发生振动。追问：软绳上其它位置的振动也是这样的吗？【演示实验】不断地上下抖动标记有彩色布条的软绳一端提出问题：这些彩色布条是怎样运动的？预设回答：软绳上不同颜色的布条都在它们各自的平衡位置附近振动，并未随波的传播在绳上发生运动。追问：每个彩色布条刚开始振动时的先后顺序如何？每个布条在开始振动时，它们的运动状态又是怎样的？预设回答：彩色布条并不是在同一时刻开始振动。且每个布条开始振动的方向与绳端刚开始振动的方向是一致的。讲解：绳中每个彩色布条标记的位置振动有先后，总是由靠近振动端的位置去带动下一个相邻的位置，使它上下振动，此后，又带动更远一些的位置开始振动，只是后面的位置比前边的彩色小段标记的位置振动的更迟一些发生。这样绳端上下振动的各个状态就沿绳子传播出去了。我们常常把软绳最先振动的这端叫做波源。提出问题：那波源的振动为什么会引起绳上各个位置依次发生振动呢？预设回答：各小段的振动是靠软绳来带动的，波在软绳上传播时，绳子发生了形变，引起绳上各小段之间依次产生相互作用，进而导致绳上各个位置依次发生振动。【建构模型】将绳上的小段看成质点，并将大量质点抽象成有限质点对波的形成进行研究。讲解：我们可以将一个个小段看成一个个质点。由于绳子各小段之间有相互作用，那这些质点之间也就存在着相互作用。我们用小圆点来代表绳中的质点，于是软绳就可以看成是由大量质点组成的。为了进一步更方便地研究，我们可以将绳上大量质点模型进行简化，在软绳上等间距选取10个不同的质点，将10个质点依次标记为P0,P1直到P9，并对它们在不同时刻的运动状态进行研究。讲解横波的形成：在t=0时，这些质点都静止在它们各自的平衡位置。这里，我们可以假设质点P0在振动过程中的最大位移为A，周期为T。在t=1/8T时，质点P0向上运动到图中x轴上方的某一位置，而质点P1到质点P9仍然在各自的平衡位置保持静止。此时，波传播到质点P1位置处，波形如图所示。在t=1/4T时，质点P0运动到它的最大位移处，由于各质点之间具有相互作用，质点P0会带动相邻的质点P1向上运动，质点P1与质点P0在1/8T时偏离平衡位置的高度是一致的。此时，质点P0的起振形式刚好传到质点P2，虽然质点P2还未运动，然而它已经准备开始运动了。此外，剩余的其它质点仍然处于各自的平衡位置保持静止状态，波形如图所示。在t=1/2T时，质点P0由最大位移处回到它的平衡位置，与此同时，带动质点P1向下运动。质点P2在质点P1带动下运动到最大位移处。质点P3由于受到质点P2的带动，运动到x轴上方的某一位置。此时，质点P0的起振形式传到质点P4，波形如图所示。在t=3/4T时，质点P0从平衡位置运动到x轴下方最大位移处，进而带动质点P1向下运动。此时，质点P4运动到x轴上方最大位移处。质点P0的起振形式刚好传到质点P6，波形如图所示。在t=T时，质点P0从x轴下方最大位移处再次回到平衡位置。与此同时，质点P1，P2一直到质点P7分别受到前一个质点带动，在各自平衡位置附近做往复运动。此时，质点P2运动到x轴下方最大位移处，质点P6运动到x轴上方最大位移处，质点P8在它平衡位置准备开始振动，这说明质点P0的振动形式已经传到质点P8。这时，P0刚好经过一个完整全振动，软绳所有质点的振动刚好也形成一个完整的波形。在t=9/8T时，质点P0与质点P8都运动到x轴上方的同一高度，并且它们的运动方向都是向上的，因此，质点P8与质点P0的运动始终是同步的，也就是说质点P8会同步地复制质点P0的运动。波就是通过这样的方式逐步传播出去的。9/8T对应的波形图如下图所示。通过播放视频，提出问题，让学生在观察中思考,从常见的事物中，利用物理的视角，分析其运动形式，为后面抽象出要研究的问题模型做铺垫。通过一系列互动实验，让学生亲自体验，感受实验的乐趣，培养学生的动手能力，时刻落实好“做中学”的教育理念。通过层层递进的探究实验和环环紧扣的问题探究波的形成和传播，培养学生的逻辑思维和推理能力。通过用红布条对软绳的一端进行标记探究波的成因，同时也教会学生在研究有关问题时可以使用标记的方法。运用类比的方法，标记多色布条，通过对绳上多个小段运动的研究，排除偶然性的影响，从而得到波形成的条件。通过将绳看做一个个小段，到过渡到大量质点，再到将大量质点抽象成有限质点，研究波的形成与传播。让学生体会在研究物理问题时，模型建构的重要性，同时让学生经历建构模型时，抽象概括的全过程。运用物理模型分析波的形成与传播，让学生体会波在传播过程中各质点振动的先后及带动作用，弄清各质点的振动情况与波传播之间的关系。通过对t=0，1/8T，1/4T，1/2T，3/4T，T，9/8T波形图的分析，进一步探究波的形成与传播，给学生更加直观地感受。本节课并未对所有时刻的波形进行探究，而是选取了部分，其原因主要是教会学生分析和研究的方法，使学生能够学以致用，从而准确地研究其他时刻波形。三、横波和纵波1.横波2.纵波声波3.比较横波和纵波介绍横波演示仪（名称被遮挡）的结构。【演示实验】横波演示仪演示横波的形成与传播提出问题：在老师摇动手柄时，质点的振动方向是怎么样的呢？波的传播方向又是怎样的？你们发现了什么呢？预设回答：在老师摇动手柄时，演示仪上的质点都是沿竖直方向振动的，而波却是沿水平方向向右传播的。<定义>质点振动方向与波的传播方向相互垂直的波叫做横波。<横波特征>在横波中，凸起的部分叫波峰，把凹下的部分叫波谷。【播放视频】人浪表演讲解：在人浪表演中，每名学生彼此之间手牵着手，当第一位同学按着一定节奏在竖直方向进行蹲起时，会带动第二名同学随之振动，进而形成波浪起伏的美丽画面。视频中，每位同学在竖直方向振动，波在水平方向进行传播。【演示实验】使彩虹圈的一端发生振动提出问题：同学们观察到什么现象呢？预设回答：当用手沿着彩虹圈轴线的方向不断地推拉它的一端时，彩虹圈上的每个小环都通过相互作用受到前一个小环带动后才开始运动，从而这种振动被传播出去，形成了波。追问：你们还有什么新的发现呢？预设回答：彩虹圈上的任一位置附近时而变得紧密，时而又变得稀疏，然而并没有看到像我们在绳波上看到的波峰和波谷。继续追问：那彩虹圈上这种振动又是怎样传播的呢？【演示实验】标记有红布条的彩虹圈一端发生振动提出问题：在彩虹圈的振动的过程中，红布条是如何运动的？预设回答：红布条在空间的位置不断地发生变化，而红布条始终保持在粉色带与蓝色带的交界处。【演示实验】标记有红布条的弹簧装置一端发生振动提出问题：弹簧圈是怎样运动的？波是向哪传播的？红布条振动前后的位置又是怎样的？预设回答：当用手拨动左端的弹片时，弹簧圈沿轴线左右振动，并在弹簧圈上产生密集部分和稀疏部分，这些交替变化的部分向右传播。而红布条在弹簧圈上的位置并未发生变化。结论：这类波与绳波有相似的传播过程，即都是一种振动的传递。讲解：其实这里，我们也可以将一系列的弹簧圈看成一系列的质点，它们之间通过弹力相互作用。当质点1开始振动后会带动相邻的质点2发生振动，质点2又会带动质点3发生振动，进而引起所有质点一起左右振动。但后一个质点总比前一个质点晚一些开始振动。这样质点1的左右振动就沿弹簧向右传播出去。提出问题：请同学们观察弹簧上形成的这列波与我们学习的绳波有什么不同？<定义>质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫做纵波。<纵波特征>在纵波中，质点分布密集的部分叫密部，质点分布稀疏的部分叫疏部。【演示实验】纵波演示仪演示纵波的形成与传播讲解：当老师用手摇动手柄时，首先，质点1先随之左右运动，继而带动其它的质点依次运动引起疏部和密部交替出现，并沿轴线方向向左传播。【播放视频】燃烧的蜡烛随音乐跳动分析现象：当音箱膜向一侧振动时，会压缩临近的空气，使这部分空气变得紧密。而音响膜向另一侧振动时，会使这部分空气变得稀疏。这种疏密相间的状态向外传播使气体分子发生振动，从而引起烛焰的跳动。讲解：声波也可以在固体、液体、气体中传播。将“横波演示仪”字样遮挡，用来模拟出之前所研究的波形，并通过问题链引导学生进行观察，从而得到横波的定义及特征。培养了学生的观察能力和归纳总结能力。通过观看人浪表演的视频，让学生感知物理无处不在，通过课下与同学一起进行人浪表演体会物理学之美。通过彩虹圈实验，让学生从视觉上感知这列波与之前研究的波的不同，引起认知冲突，从而为后面引出纵波的概念进行铺垫。为尽可能排除摩擦力对实验的影响，将彩虹圈换成吊起来的弹簧圈完成实验，为学生今后在改进实验的过程中提供了合理的思路。通过与绳波进行对比，观察到不同之处，从而归纳总结出纵波的定义及特征，培养了学生的归纳总结能力。通过极具震撼力的视频引出对生活中常见的纵波——声波的讲解，在讲解中注意与初中所学知识的联系，做好初高中学科知识的衔接。以表格的形式比较横波和纵波可以让学生更清楚的识别与理解横波和纵波，同时也教会学生比较异同点的直观方法。四、机械波机械波与机械振动<定义>波借以传播的物质，叫做介质。提出问题：那同学们现在能否说出机械波是怎样形成与传播的了吗？【播放动画】横波和纵波的形成与传播动画<定义>机械振动在介质中传播形成了机械波。总结：机械波的形成与传播，首先需要波源发生振动，随后依靠质点间的相互作用依次带动下一个质点进行振动，这样机械振动就在介质中产生并传播出去。【实验回顾】软绳上和弹簧圈上的波提出问题：机械波在向前传播的过程中到底传播的是什么呢？预设回答：机械波传播的只是一种振动的形式。【视频回顾】音箱发声，烛焰跳动提出问题