3.2+波的描述+课件+-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.2

波的描述第三章机械波

人教版（2019）选修第一册1.能用描点法作横波的图像，理解波的图像的意义。2.理解波长、频率和波速的意义及其关系。3.能判断波的传播方向与质点振动的方向。学习目标观察水波，可以看出波在空间、时间上具有周期性，我们能否用图像的方法来描述一列波呢？如果能，坐标轴表示的是什么物理量？为了从整体上形象地描绘出波的运动情况，可应用波的图像来刻画。导入新课**教学设计：3.2波的描述**

**一、课程概述**

本节课是高中物理选修3-4第三章第二节《波的描述》。在学生已经学习了机械振动的基础上，本节课将引导学生从振动到波动的过渡，深入理解机械波的形成、传播特点以及描述波的重要物理量。本节课是学生学习波动现象、理解电磁波以及深入学习现代物理的基础。通过本节课的学习，学生将建立起波动现象的基本模型，培养科学抽象、模型构建和科学探究能力。

**二、教学目标**

1.**知识与技能：**

*理解机械波产生的条件以及横波和纵波的概念。

*掌握波的图像（横波的位移-时间图和位移-位置图）的物理意义。

*理解波长、频率、周期、波速等描述波的物理量及其相互关系。

*掌握波速的决定因素及波速公式v=λf的推导与应用。

*能够根据波的图像读出波长、振幅等信息。

*能够利用波速公式解决简单的波的传播问题。

2.**过程与方法：**

*通过演示实验和动画模拟，体会振动形成波的过程。

*通过类比法，将振动图象迁移到波动图象，理解波的图像的意义。

*通过探究式学习，理解波速的决定因素，掌握波速公式。

*通过练习巩固所学知识，培养运用所学知识解决实际问题的能力。

3.**情感态度与价值观：**

*培养对自然现象的探究兴趣和求知欲。

*体验科学模型构建在认识自然规律中的作用。

*培养科学严谨的学习态度和逻辑思维能力。

*感受波动现象在日常生活和科技发展中的广泛应用。

**三、教学重点与难点**

***教学重点：**

*机械波的形成条件，横波和纵波的概念。

*波的图像（位移-时间图和位移-位置图）的物理意义。

*波长、频率、周期、波速等描述波的物理量的定义与关系。

*波速的决定因素及波速公式v=λf。

***教学难点：**

*波的图像的理解，特别是横波的位移-时间图和位移-位置图的区分。

*波速的决定因素的理解，容易与质点的振动速度混淆。

*运用波速公式解决实际问题，容易混淆波的传播方向与质点的振动方向。

**四、教学方法**

1.**情境导入法：**通过生活中的常见波动现象，如水波、声波等，引出本节课主题，激发学生的学习兴趣。

2.**演示实验法：**通过演示弹簧振动、绳波等实验，帮助学生直观理解机械波的产生和传播过程，形象生动。

3.**动画模拟法：**利用计算机动画模拟波的传播过程，使抽象的概念更加形象化，突破教学难点。

4.**类比法：**将振动图象和波动图象进行类比，帮助学生理解波的图像的物理意义。

5.**探究式学习法：**通过引导学生思考，探究波速的决定因素，培养学生自主学习和探究能力。

6.**讲练结合法：**在讲解知识点的同时，穿插练习，巩固所学知识，提高运用能力。

**五、教学资源**

1.**实验器材：**弹簧，绳子，水槽，橡皮槌，投影仪，多媒体设备。

2.**教学软件：**PPT课件，动画模拟软件，实验模拟软件。

3.**练习材料：**配套习题，拓展练习。

**六、教学过程**

**（一）导入新课（约5分钟）**

1.**展示图片或视频：**展示水面波纹、声波的传播、地震波等图片或视频，引导学生观察生活中的波动现象。

2.**提出问题：**提问学生这些现象有什么共同特点，这些现象是如何形成的？

3.**引入新课：**明确本节课的学习内容：3.2波的描述，过渡到振动与波动的关系。

**（二）新课讲授**

**1.机械波的形成及分类(约15分钟)**

***演示实验：**教师演示弹簧振动、绳波的形成过程。

***引导思考：**提问学生观察到的现象：弹簧或绳子上的质点是怎样运动的？是否所有的质点都同时运动？

***归纳总结：**机械波的形成条件：(1)振源：产生机械振动的物体；(2)介质：传播机械振动的物质。

***概念区分：**介绍横波和纵波：

*横波：质点振动方向与波的传播方向垂直。

*纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上。

***举例说明：**举出生活中常见的横波和纵波例子，例如：绳波、水波属于横波，声波属于纵波。

***强调：**机械波传播的是振动形式和能量，介质中的质点并不随波前进。

**2.波的图像(约25分钟)**

***回顾振动图象：**回顾单摆、弹簧振子等简谐运动的振动图象（位移-时间图），引导学生回忆图象中各个物理量的含义，如振幅、周期等。

***引入波动图象：**提出问题：如何描述波在空间中的传播状态？引入波动图象的概念。

***横波的位移-时间图：**

*通过动画模拟：演示横波在传播过程中，某一个质点的振动随时间变化的过程，画出质点的位移-时间图。

*分析图象：强调此图象描述的是同一质点在不同时刻的位移情况，反映质点的振动情况。

*类比振动图象：强调与振动图象的相似性，波的位移-时间图的周期对应质点振动的周期。

*引导学生思考：如何从波的位移-时间图上得到波的周期、振幅等信息。

***横波的位移-位置图：**

*通过动画模拟：演示某一时刻，波在介质中的空间分布情况，画出波的位移-位置图。

*分析图象：强调此图象描述的是同一时刻，不同质点的位移情况，反映波在空间中的分布。

*引入波长概念：波长是相邻两个波峰（波谷）之间的距离。

*类比思考：引导学生思考：如何从波的位移-位置图上得到波长、振幅等信息。

***强调区分：**明确波的位移-时间图和位移-位置图的区别，通过对比表格的方式帮助学生辨析。

|图象类型|横轴物理量|纵轴物理量|表示含义|

|--------|--------|--------|--------|

|位移-时间图|时间(t)|位移(x)|同一质点在不同时刻的位移情况|

|位移-位置图|位置(x)|位移(x)|同一时刻，不同质点的位移情况|

***巩固练习：**给出一些波的图像，让学生读出周期、波长、振幅等信息。

**3.描述波的物理量(约20分钟)**

***复习：**回顾振动中描述振动的物理量：振幅、周期、频率。

***引入：**介绍描述波的几个重要物理量：

*波长（λ）：空间相邻两个波峰(或波谷)间的距离，单位：m。

*频率（f）：波在单位时间内重复振动的次数，单位：Hz。

*周期（T）：波完成一次完整振动所需要的时间，单位：s，T=1/f。

*波速（v）：波传播的速度，单位：m/s。

***探究活动：**引导学生思考：波速和什么因素有关？学生分组讨论。

***归纳总结：**强调波速取决于介质的性质，而与振动频率、振幅无关。

***波速公式推导：**

*通过类比法：将波的传播距离类比为路程，将波的传播时间类比为时间。

*引导学生：推导出波速公式v=λ/T或者v=λf。

***公式应用：**讲解波速公式中各物理量的单位和物理意义。

*强调波速公式适用于一切波的传播。

*强调公式中波长指的是同一时刻，相邻波峰（或波谷）之间的距离。

***练习：**举例说明如何利用波速公式计算波速、波长或频率，巩固对公式的理解。

**（三）课堂练习（约15分钟）**

1.选择题：

*关于机械波，下列说法正确的是：(A.波的传播速度由振源决定；B.波传播时质点随波迁移；C.波在传播过程中，波的能量会减小；D.波传播的是振动形式和能量)

*已知一列横波在某一时刻的波形图像，能读出哪些物理量？(A.波长；B.周期；C.振幅；D.波速)

*一列横波在t=0时刻的波形图像，经0.5s，该波传到x=4m处，求该波的波速是多少？

2.简答题：

*如何理解横波和纵波的区别？举例说明。

*描述波的物理量有哪些？它们之间有什么关系？

**（四）课堂小结（约5分钟）**

1.**学生总结：**请学生总结本节课所学知识，梳理知识框架。

2.**教师补充：**教师对本节课知识点进行强调和总结。

3.**布置作业：**布置配套练习和预习下一节内容。

**七、板书设计**

**3.2波的描述**

1.**机械波的形成：**

*振源：产生振动的物体

*介质：传播振动的物质

*机械波：振动在介质中的传播

*横波：质点振动方向与波的传播方向垂直

*纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一条直线上

2.**波的图像：**

*位移-时间图：同一质点在不同时刻的位移情况（振动图像）

*位移-位置图：同一时刻，不同质点的位移情况（波形图像）

3.**描述波的物理量：**

*波长(λ)：相邻波峰/波谷间的距离(m)

*频率(f)：单位时间内重复振动的次数(Hz)

*周期(T)：完成一次完整振动的时间(s)T=1/f

*波速(v)：波传播的速度(m/s)v=λf

4.**波速公式：**v=λf（波速取决于介质）

**八、教学评价**

1.**过程性评价：**课堂提问、学生回答、小组讨论、课堂练习等环节中，及时评价学生的学习状态和理解程度。

2.**书面作业评价：**对学生的作业进行批改，了解学生掌握知识的情况，针对性进行讲解。

3.**综合评价：**将过程性评价和书面作业评价相结合，全面评价学生的学习情况。

**九、教学反思**

1.**成功之处：**

*情境导入激发了学生的学习兴趣。

*演示实验和动画模拟直观形象地展示了波的形成和传播过程，帮助学生理解抽象的概念。

*通过类比法和探究式学习，突破了本节课的难点。

2.**不足之处：**

*部分学生对于波的图像的理解仍然存在困难，需要进一步巩固。

*部分学生对于波速的决定因素的理解不够深入，容易混淆波速与质点的振动速度。

3.**改进措施：**

*在后续教学中，应加强波的图像的练习，让学生多加辨析。

*在讲解波速的决定因素时，可以通过实例分析和对比，让学生更深入理解。

*在习题练习中，应加强引导，使学生能灵活运用所学知识解决实际问题。

**十、拓展活动**

1.引导学生利用手机APP或其他软件模拟波的传播。

2.鼓励学生查找生活中的波现象，并进行分析。

3.组织学生开展小组合作，制作关于波的PPT或小视频。

用相机对绳上横波进行拍照，照片记录了各个质点在按下快门瞬间的具体位置。思考：要描述传播机械波的介质中各质点的空间位置，在直角坐标系中，横、纵坐标应分别表示什么物理量？怎样得到波的图像？一、波的图像yxO本实例中规定：位移向上为正值，向下为负值。

x轴：表示在波传播方向上各质点的平衡位置。

y轴：表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移。1.波的图象画法⑴建立直角坐标系⑶将该时刻各质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。⑵在x0y坐标系中画出某时刻各质点偏离平衡位置的位移。vyxO描述某一时刻介质各个质点偏离平衡位置的位移。2.波的图像物义

3.波的图象与振动图象的比较振动图象波动图象相同点图线形状纵坐标纵坐标最大值不同点研究对象物理意义横坐标图线变化运动特点xt0yx0都表示质点离开平衡位置的位移表示振幅或波幅不同时刻的一个质点某一时刻介质中的各个质点不同时刻的一个质点偏离平衡位置的位移某一时刻的各个质点偏离平衡位置的位移时间的延续，可求周期T各质点平衡位置离波源的距离，可求波长λ变加速运动，速度周期性变化同种均匀介质中匀速运动xt0yx0延伸平移放录像带拍合影波长：在波的传播方向上，相邻的两个振动相位总是相同的质点间的距离。1.波长二、波的波长、频率和波速建立波长概念：演示：（观察点）

编号12的质点与波源振动相位关系

编号1与13、2与14等质点振动相位关系⑴横波中相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于一个波长λλλ⑵纵波中相邻两个密部（或疏部）之间的距离等于一个波长密部疏部密部密部疏部λ3.波速单位时间内振动所传播的距离叫做波速。⑴定义：Δxt+Δt时刻⑵物义：反映振动在介质中传播的快慢程度。波的周期（或频率）等于波源的振动周期（或频率）。2.频率

一列简谐波沿x轴负方向传播，在t时刻，平衡位置在B处质点处于波峰，经过Δt时间，平衡位置在A处质点第一次到达波峰，则Δt时间内波传播的距离为Δx。xyt时刻0AB结论：经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。4.波长、周期（或频率）和波速的关系观察：由振源P0发出的振动，经过一个周期T，振动在介质中传播的距离与波长关系：介质波源波速由什么决定？频率由什么决定？波长由什么决定？思考阅读：课本P68《介质中的声速》，你能得到什么结论？结论：波速是由介质本身决定的，与λ、T无直接关系。波的传播方向质点的振动方向⑴波的成因法（又称质点带动法、模仿法）前一质点依次带动后一质点延迟振动口诀：先带后，后跟前，运动状态向后传。依据：“前一质点”:介质中的两个质点，靠近波源一侧的质点称前一质点。三、波的图像的应用应用1：波的传播方向、质点的振动方向互判断方法x/my/cm5-50246vPP'Q如果波传播方向未知，已知此刻Q点的振动方向向下，请判断波的传播方向。思考例：一列简谐波沿x正方向传播，某时刻波形如图，判断该时刻点P质点

振动方向。参考答案：由图像可知，波源在点Q右侧，故该波沿-x方向传播。⑵微平移法如果已知某质点此刻振动方向向下，如何判断波的传播方向。试自行选择一点进行分析。

已知波的传播方向，可确定各质点经过Δt时间达到的位置，进而确定运动方向，反之亦然。作出经微小时间Δt后的波形，将初、末时刻波形对比。依据：思考xyｏv⑶同侧法探讨:波传播方向、振动方向与曲线关系特点xyｏ用箭头表示方向，针对某一质点，将运动方向和波的传播方向用箭头画在该质点上，表示方向的两个箭头总是位于波形曲线同侧。结论:v简称：波传播方向与振动方向总在曲线同侧针对练1图示为一列向右传播的简谐波在某时刻的波形图，试画出波形图上A、B、C、D四个质点的振动方向。ABC如果这列波是向左传播的，则这四个质点的振动方向又如何？思考xyｏD针对练2如图所示为一列简谐波在某时刻的波形图，已知图形上某点的振动方向如图所示。试求这列波的传播方向。yxOv如果已知这个质点做减速运动