高二物理第十章 机械波教案[全套]人教版 35页

高二物理第十章 机械波教案 ‎ 第十章 机械波 ‎ 概述 本章在机械振动的基础上讲述波的基本知识．有关波的共性的知识，如波的描述（波长、频率、波速）、波的传播规律、波的图象、波的反射和折射、波的干涉、衍射等等，也是以后学习电磁波、光波的基础． ‎ 根据新大纲的要求，波动部分比现行教材有所加强，表现为内容有所扩展，讲法有所改变，希望在有限的学时内，学生能更有效地学得知识．如介绍了平面波和球面波，增加了两节必学内容“驻波”、“波的反射和折射”和一节选学内容“多普勒效应”．这些知识在现代生活中有广泛的应用，多数国外教材都将它们列为必学内容．我们这样安排，是提供给教师一个选择的余地，尽量让学生对波的认识更丰满、更深入些． ‎ 波动是高中物理的一个难点．主要是因为，它需要学生想象多个质点同时又不同步的运动，从整体上看，形成波在空间的传播．这对学生的理解力和空间想象力有较高的要求．课本中尽量用形象的比喻、图示和分析来帮助学生理解，并抓住主干，以便切实让学生理解最主要、最基本的知识，和通过学习知识提高能力． ‎ 单元划分 本章可分为三个单元： ‎ 第一单元 第一节至第三节．讲波的产生、传播和描述． ‎ 第二单元 第四节至第七节．讲波的特有现象：反射、折射、干涉和衍射． ‎ 第三单元 第八节．介绍多普勒效应． ‎ 第四单元 第九节．介绍次声、超声及其应用． ‎ 第一节：波的形成和传播 教学目标 ‎（一）知识目标 ‎1、知道直线上机械波的形成过程．‎ ‎2、知道什么是横波，知道波峰和波谷；知道什么是纵波，知道疏部和密部．‎ ‎3、知道"机械振动在介质中的传播，形成机械波"．知道波在传播运动形成的同时也传递了能量．‎ ‎4、通过学习使学生能明白用语言交流是利用声波传递信息等生活中的机械波．‎ ‎（二）能力目标 培养学生对现象的观察能力以及对科学的探究精神．‎ 教学建议 ‎　　本节重点是理解形成机械波的物理过程；学习中掌握振动质点的运动只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。知道横波和纵波的区别是波形不同，横波有波峰、波谷，而纵波有疏部和密部．认真分析下列问题： 　　1、机械波能离开媒质向外传播吗? 　　(解答)不能．机械波一定要依赖媒质才能传播，若没有媒质，相邻质点间的相互作用就不能发生，前一个质点就不能带动后一质点振动，所以振动形式无法传播出去． 　　2、日常生活中，发现球掉入池塘里，能否通过往池塘丢人石块，借助石块激起的水波把球冲到岸边呢? 　　（解答）不能．向水中投入石块，水面受到石块的撞击开始振动，形成水波向四周传去．这是表面现象，实际上水波向四周传播而水只是上下振动并不向外迁移，所以球也仅仅是上下振动而不会向岸边运动．‎ 教学重点 机械波的形成过程及描述 教学难点 机械波的形成过程及描述 教学用具 ‎1、演示绳波的形成的长绳；并用课件展示。‎ ‎2、横波、纵波演示仪；并用课件展示。‎ ‎3、用幻灯展示机械波 。  ‎ 教学步骤 ‎　　 引入新课 ‎　　我们已学习过机械振动，它是描述单个质点的运动形式，这一节课我们来学习由大量质点构成的弹性媒质整体的一种运动形式——机械波。‎ ‎　　1、机械波的产生条件 ‎　　演示——水波：教师用幻灯机做实验：使平静的水面振动，会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹逐渐向四周传播出去，形成水波。‎ ‎　　演示——绳波：用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传  播出去，形成绳波。‎ ‎　　以上两种波都可以叫做机械波。‎ 教师提问：水波离开水能看到上面的现象吗？绳波离开绳行吗？‎ 学生回答：不行。‎ 教师提问：当振动停止后我们又看到了什么现象？‎ 学生回答：传出去的仍然在传播，以后水（绳）都静止不动了。‎ 请学生总结：（教师可引导）‎ ‎　　(1)机械波的概念：机械振动在介质中的传播就形成机械波 ‎　　(2)机械波的产生条件：振源和介质。‎ ‎　　振源——产生机械振动的物质，如在绳波中的手的不停抖动就是振源。‎ ‎　　介质——传播振动的媒质，如绳子、水。‎ ‎　　2、机械波的形成过程（用课件把绳波的运动展示）‎ ‎　　(1)介质模型：把介质看成由无数个质点弹性连接而成，可以想象为(图1所示)‎ ‎　　(2)机械波的形成过程：‎ 由于相邻质点间力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动周围的质点振动起来，从而使振动向远处传播。例如：图2表示绳上一列波的形成过程。图中1到18各小点代表绳上的一排质点，质点间有弹力联系着。图中的第一行表示在开始时刻(t＝0)各质点的位置，这时所有质点都处在平衡位置。其中第一个质点受到外力作用将开始在垂直方向上做简谐运动，设振动周期为T，则第二行表示经过了T／4时各质点的位置，这时质点1已达到最大位移，正开始向下运动；质点2的振动较质点1落后一些，仍向上运动；质点3更落后一些，此时振动刚传到了质点4。第三行表示经过了T／2时各质点的位置，这时质点1又回到平衡位置，并继续向下运动，质点4刚到达最大位移处，此时振动传到了质点7。依次推论，第四、五、六行分别表示了经过3T／4、和5T／4后的各质点的位置，并分别显示了各个对应时刻所有质点所排列成的波形。‎ 教师讲解后，请学生讨论机械波在传播过程中的特点：‎ ‎3、对机械波概念的理解 ‎　　(1)机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式；‎ ‎　　(2)当介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式(演示横波演示器)；‎ ‎　　(3)波是传播能量的一种方式。‎ ‎　　4、波的种类：‎ ‎　　按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类：横波和纵波。‎ ‎　　(1)横波的定义：质点的振动方向与波的传播方向垂直。    ‎ 波形特点：凸凹相间的波纹(观察横波演示器)，‎ 叫起伏波。如图3波形所示。‎ ‎　　(2)纵波的定义：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。‎ ‎　　波形特点：疏密相间的波形，又叫疏密波。如图4波形所示。‎ ‎　　举例：声波是纵波，其中：振源——声带，介质——空气、液体、固体。‎ ‎　　声波在空气中的传播速度大约为：‎340m/s；‎ ‎　　声波在水中中的传播速度大约为：‎1500m/s；‎ ‎　　声波在钢铁中的传播速度大约为：‎5000m/s；‎ ‎　　地震波既有横波又有纵波。其中横波和纵波的传播速度不同。‎ ‎　　水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。‎ ‎　　5、描述机械波的物理量 ‎　　(1)波长定义：沿着波的传播方向，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离。单位：米，符号：λ。‎ ‎　　演示，（观察演示仪器）：‎ ‎　　①在横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离；在纵波中波长等于相邻两个密部或疏部的中央之间的距离。‎ ‎　　②质点振动一个周期，振动形式在介质中传播的距离恰好等于一个波长，即：振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长。‎ ‎　　(2)波速定义：波的传播快慢，其大小由介质的性质决定的，在不同的介质中速度并不相同。‎ ‎　　单位：米／秒    符号：v ‎　　表达式：v＝λ／T=λf ‎　　(3)周期和频率：质点振动的周期又叫做波的周期(T)；质点振动的频率又叫做波的频率(f)。    波的振动周期和频率只与振源有关，与媒质无关。（媒质质点的振动都是受迫振动，所以周期同振源的周期）。‎ 同步训练：‎ 例1． 关于振动和波的关系，下列说法中正确的是（ ）‎ A、如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止 B、物体做机械振动，一定产生机械波 C、波的速度即波源的振动速度 D、波在介质中的传播频率与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定 例2． 关于机械波的概念，下列说法中正确的是（ ）‎ A． 质点振动的方向总是垂直于波传播的 B． 简谐波沿长绳传播，绳上相距半个完整波形的两质点振动位移的大小始终相等 C． 任一个振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个完整的波形 D． 相隔一个周期的两时刻，简谐波的波形相同 例3． 图10－1中所示为一简谐横波在某一时刻的波形图，已知此时质点A正向上以，如图中箭头所示。由此可判定此横波（ ）‎ A. 向右传播，且此时质点B正向上运动 B. 向右传播，且此时质点C正向上运动 C. 向左传播，且此时质点D正向上运动 D. 向左传播，且此时质点E正向上运动 ‎ 例4．下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是（ ）‎ A．某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波 B．波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播 C．机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点不随波迁移 D．振动是变速的，波动是匀速的 例5．一波源振动1.5个周期在介质中形成的波形如图图10－2所示，此时波上B质点正向平衡位置运动，则以下说法中正确的是（ ）‎ A．这列波是沿x轴正方向传播的 B．波源是从平衡位置开始向正y方向振动的 C．质点D将比质点C先回到平衡位置 D．质点A和质点E的振动方向总是相反的 思考题 机械振动与机械波的关系。‎ 课后反思：‎ 在实验中观察得到：‎ 1． 介质各个质点不是同时起振，但起振方向与振源方向相同。‎ 2． 离振源近的质点先起振。‎ 3． 质点只在平衡位置振动，并不随波歉意。‎ 4． 波传播振源的运动形式（机械振动）和能量（机械能）。‎ 5． 练习判断质点振动方向与波传播方向关系。‎ 教学札记：‎ ‎1、____________________________________________________‎ ‎2、____________________________________________________‎ ‎3、____________________________________________________‎ 第二节：波的图象(1)‎ 教学目标 ‎（一）知识目标 ‎1、明确波图象的物理意义． 2、能够从波的图象中求解： 　　①波长和振幅； 　　②已知波的传播方向求各个质点的振动方向，或已知某一质点的振动方向确定波的传播方向； 　　③会画出经过一段时间后的波形图； 　　④质点通过的路程和位移． 3、明确振动图象与波动图形的区别． 4、通过学习使学生能用图象描述波的特点．‎ 教学重点：波的图象的物理意义 教学难点：波的图象的应用 教学步骤 ‎(一)引入新课：‎ ‎　　机械波是机械振动在介质里的传播过程（如绳波），从波源开始，随着波的传播，介质中的大量质点先后开始振动起来，虽然这些质点只在平衡位置附近做重复波源的振动。但由于它们振动步调不一致，所以，在某一时刻介质中各质点对平衡位置的位移各不相同。（如右图：是绳波在某一时刻的形状，即波的图象）为了从总体上形象地描绘出波的运动情况，物理学中采用了波的图象。‎ ‎　　同学们可以思考，波的图象是什么？‎ ‎　　学生举例：足球赛场上的“世界波”，也可请同学集体表演“世界波”‎ ‎　　教师举例：水波，演示水波的实验，让学生理解波的图象是某一时刻的“照片”。‎ ‎　　教师提问：那么怎样画图象呢？‎ ‎(二)新授课：‎ ‎　　1、波的图象：‎ ‎　　在直角坐标系中： ‎ ‎　　横坐标——表示在波的传播方向上各质点的平衡位置与参考点的距离。‎ ‎　　纵坐标——表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。‎ ‎　　请学生把绳波的图象表示出来。‎ ‎　　在某一时刻连接各位移矢量的末端所得到的曲线就形成了波的图象，横波的图象与纵波的图象形状相似，波的图象又叫波形图。简谐波的图象是一条正弦或余弦曲线。‎ ‎　　2、波的图象的物理意义：‎ ‎    波的图象表示介质中各质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。图2表示经过丛时间后的波的形状和各质点的位移。‎ ‎　　从某种意义上讲，波的图象可以看作是“位移对空间的展开图”，即波的图象具有空间的周期性；同时每经过一个周期波就向前传播一个波长的距离，虽然不同时刻波的形状不同，但每隔一个周期又恢复原来的形状，所以波在时间上也具有周期性。‎ ‎　　3、从波的图象上可获取的物理信息 ‎　　例1、如图3所示为一列简谐波在某一时刻的波的图象。‎ ‎    　求：(1)该波的振幅和波长。‎ ‎        (2)已知波向右传播，说明A、B、C、D质点的振动方向。‎ ‎        (3)画出经过T／4后的波的图象。‎ ‎　　解：(1)振幅是质点偏离平衡位置的最大位移，波长是两个相邻的峰峰或谷谷之间的距离，所以振幅A＝‎5cm，波长＝‎20m。‎ ‎　　(2)根据波的传播方向和波的形成过程，可以知道质点B开始的时间比它左边的质点A要滞后一些，质点A已到达正向最大位移处，所以质点月此时刻的运动方向是向上的，同理可判断出C、D质点的运动方向是向下的。‎ ‎　　(3)由于波是向右传播的，由此时刻经T／4后波的图象，即为此时刻的波形沿波的传播方向推进T／4的波的图象，如图4所示。‎ 请学生讨论：1.若已知波速为‎20m／s，从图示时刻开始计时，说出经过5s，C点的位移和通过的路程。‎ ‎　　2、若波是向左传播的，以上问题的答案应如何?‎ ‎　　3、从波的图象可以知道什么?‎ 总结：从波的图象上可获取的物理信息是：‎ ‎　　(1)波长和振幅。‎ ‎　　(2)已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。(若已知某一质点的振动方向也可确定波的传播方向。可以提出问题，启发学生思考。)‎ ‎　　(3)经过一段时间后的波形图。‎ ‎　　(4)质点在一段时间内通过的路程和位移。‎ 总结：‎ A．从波的图象上可获取的物理信息是：‎ (1) 已知波的传播方向可求各个质点的振动方向。‎ ‎(若已知某一质点的振动方向也可确定波的传播方向。可以提出问题，启发学生思考。)‎ ‎(2)经过一段时间后的波形图。 (3)质点在一段时间内通过的路程和位移。‎ B．由波的图象及波的传播方向确定此刻质点振动方向的方法：‎ (1) 特殊点法：在质点P靠近波源一方也做过(不超过λ/4)图象上另找一点P’，若P’在P上 方，则P向上运动；若P’在P下方，则P向下运动。‎ (2) 上下坡法：按波的传播方向来看，“上坡”的所有质点均向下振动，“下坡”的所有质点均向上振动。‎ (3) 微平移法：作出经微小时间Δt(Δt