机械波全章教案.docx

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机械波全章教案

12．1波的形成和传播

教学目标

一、知识目标

1.通过演示实验，让学生认识机械波及其形成条件.

2.通过分析讨论理解机械波的概念，实质和特点，以及与机械振动的关系.

3.通过比较对机械波进行分类.

二、能力目标

1.通过波的模型的建立，提高学生的空间想象能力.

2.通过对波的模型进行分析判断，提高分析推理能力.

三、德育目标

通过机械波形成时某个质点与介质中群体质点的关系，体会个别和整体的关系.

教学重点

机械波的形成、特点和分类.

教学难点

1.对机械波在传播过程中，介质质点在各自平衡位置的振动情况和振动在介质中传播形成波的理解.

2.关于机械振动与横波的关系和区别.

教学方法

讲解归纳法、实验分析法

教学用具

柔软的长绳一根（大约2米长）；绳波和纵波挂图、螺旋弹簧纵波演示器

教学过程

本节课的学习目标

1.理解波的形成和传播.

2.知道横波和纵波，理解波峰和波谷、密部和疏部.

3.理解机械波传播振动形式和振动能量.

学习目标完成过程

一、复习引入

［教师］什么是机械振动和简谐运动？

［教师］向平静的水中投入一块小石子会看到什么现象？

［演示］绳子的一端固定，手拉另一端水平拉直，上下抖动，观察现象.

［教师］刚才我们提到的水面上波浪的传播与绳子中产生的波形就是机械波，这就是我们本节课要学习的内容.

二、新课教学

（一）波的形成条件

［教师］平静的水中如果不投石子，同时也不给水施加任何振动，水面上会不会形成水波?

［学生］不会.

［教师］如果手拿绳子的一端不抖动，保持静止，那么，绳子上各处有没有振动？

有没有绳波？

［教师］可见要产生水波，就必须给水施加振动，要产生绳波，就必须手拿绳子的一端进行上下振动，这就是物理上讲的振源也叫做波源，这是产生波的一个条件.

［板书］能够产生振动的物体或质点叫做波源.

［教师］如果有波源而没有水或绳子作为媒介物，能否产生水波或绳波？

［教师］物理上把水、绳子等媒介物叫做介质，可见介质也是产生波的一个条件.

［板书］介质就是传播机械振动的媒介物.

［教师］通过刚才的分析，你认为产生波的条件是什么？

（二）机械波的概念和产生原因.

［教师］产生波的条件是波源和介质，那么波源处发生的振动为什么能向各个方向传播呢？

［学生阅读课本第3页有关内容］：

［师生活动］解释介质中波源处的振动为什么会向各个方向传播.

这是由介质本身的性质决定的.我们可以把介质看作由大量的质点构成的物质，相邻质点间存在相互作用力，当介质中某一点发生振动时，就会带动它相邻的质点振动，这些质点的振动又会带动各自周围的质点发生振动，这样，振动就会在介质中逐渐传播开来.

［模拟波的产生过程］

设想把介质分成许多小单元，每一小单元可以看作质点，质点之间有相互作用力，质点1在外力的作用下首先振动起来之后，带动质点2振动，不过质点2开始振动的时刻比质点1要迟一些，这样依次带动下去，后一个质点总比前一个迟一些开始振动，于是振动逐渐传播开来.

［总结并板书］

机械波形成的原因是由于介质本身内部各质点间存在着相互作用力，即由介质内部的力学性质决定的.

机械波就是机械振动在介质中的传播过程.

（三）机械波的实质和特点.

［教师］漂浮在水面上的树叶随着水的上下波动会不会向外迁移？

［演示一］在一条绳子上的任意一点系上一圈红布或者用红墨水涂上一圈，以使学生能明显观察到红色标志.

手拿绳子一端上下抖动，提示学生观察有红色标志的点如何运动？

会不会向绳的另一端移动？

［演示二］

有一条绳子上不同的点（最好等距离）标记上4到5个红色点，手拿绳子一端上下振动，提示学生观察红色点振动的先后顺序如何？

［总结并板书］

机械波的特点：

a:

介质中各质点只在各自平衡位置附近做机械振动，并不沿波的方向发生迁移.

b：

沿波的传播方向，介质中各质点依次开始振动，距离波源愈近，愈先开始振动.

［教师］根据机械波的概念和传播特点：

既然沿波的传播方向各个质点在其平衡位置附近依次振动，又不迁移，那么机械波传播的是什么呢？

［学生讨论］得到机械波传播的是机械振动的形式.

［教师］前面我们知道，机械振动是具有能量的，那么机械波是不是也把波源的能量通过介质的质点的机械振动依次传播出去？

［总结并板书］

机械波的实质是：

a:

传播振动的一种形式.

b:

传递能量的一种方式，即依靠介质中各个质点间的相互作用力而使各相邻质点依次做机械振动来传递波源的能量.

（四）机械波的分类：

［演示一］抖动绳子的一端，在绳子中形成的波.

［演示二］用螺旋弹簧波演示器进行演示：

先让金属球沿着弹簧的方向左右振动，观察现象.

［学生］看到弹簧上各部分发生周期性的压缩与拉伸，一会儿变密，一会儿变疏，疏密不均的状态在弹簧上自左向右传播.

［教师］弹簧波也是一种机械波，它是一种疏密相间的波，波源是振动的金属球，介质是弹簧.

绳波与弹簧波的产生和传播

提示学生观察介质中各质点的振动方向与波的传播方向之间的关系.

［学生］

绳子中形成的波：

质点的振动方向与波的传播方向互相垂直.

弹簧中产生的波：

质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上.

［总结并板书］

机械波的分类：

1.横波：

质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，其中凸起部分的最高点叫波峰，凹下部分的最低点叫波谷.

2.纵波：

质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波；其中质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部.

（五）课堂讨论

1.机械波能离开介质向外传播吗？

2.日常生活中，发现球掉入池塘中，能否通过往池塘丢入石块，借助石块激起的水波把球冲到岸边呢？

三、小结

四、作业

12．2波的图象

教学目标

一、知识目标

1.理解波的图象的意义，知道波的图象的横、纵坐标各表示什么物理量，知道什么是简谐波.

2.能在简谐波的图象中指出波长和质点振动的振幅.

3.已知某一时刻某简谐波的图象和波的传播方向，能画出一下时刻的波的图象，并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向.

二、能力目标

1.能在简谐波的图象中找到波长和质点振动的振幅.

2.学会根据质点振动方向判定波的传播方向，根据波的传播方向判定质点的振动方向.

3.学会根据某一时刻某简谐波的图象与波的传播方向，画出下一时刻的波的图象.

三、德育目标

通过波的图象的教学，使学生对机械波的认识能从感性认识逐步向理性认识过渡.

教学重点

1.理解波的图象的物理意义.2.理解波的图象的应用

教学难点

对波的图象物理意义的正确理解.

教学过程

出示本节课的学习目标

1.知道波的图象中两坐标轴的物理意义.

2.知道横波图象描述的是在同一时刻介质中的各质点相对于平衡位置的位移情况.

3.能够从横波的图象和波动的方向判断波上的各质点在该时刻的振动方向.

4.在知道波的传播方向和波速后，能够由某一时刻波的图象画出任一时刻波的图象.

5.知道什么叫简谐波，它的图象是一条正弦或余弦曲线.

学习目标完成过程

一、复习提问，引入新课

①出示思考题：

什么是机械波？

产生机械波的条件是什么？

机械波的形成原因是什么？

机械波的传播特点是什么？

机械波分为哪二种？

各有什么特点？

②模拟一列横波形成后某一时刻各个质点的情况：

③教师讲解：

由图可以看出，在机械波形成以后，同一时刻各个质点的位移是有区别的.那么我们能不能用同一种形象的方法来描绘这一不同呢？

本节课我们就来学习这个问题：

板书课题：

波的图象.

二、新课教学

（1）波的图象的建立：

①学生阅读课文，回答下列问题：

a：

波的图象中横坐标轴和纵坐标轴的物理意义如何？

b：

在坐标轴意义确定的情况下，如何描绘得到波的图象？

②学生阅读后，回答上述问题：

③教师讲解并展示：

a:

用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置.

纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移.

b:

在坐标轴意义确定的情况下，规定横波中位移的方向向上时为正值.位移的方向向下时为负值，在xOy坐标平面上，画出各个质点的平衡位置x与各个质点偏离平衡位置的位移y的各个点（x,y），并把这些点连成曲线，就得到某一时刻的波的图象.

c:

分步描绘波的图象.

（2）图象的特点：

①横波的图象特点：

a.展示绳子中形成的横波及作出的横波的图象.

b.学生比较后得到：

横波的图象的形状和波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布形成相似.

c.教师总结：

波形中的波峰也就是图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向最大值.波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰处于平衡位置.

②教师讲解图象的物理意义.

波的图象是振动在介质中传播过程中某一时刻的一幅“照片”，即表示在波的传播过程中各个质点在同一时刻偏离各自平衡位置的位移.

教师比喻：

波的图象的物理意义与下列例子中的情况相似：

下课后，同学们都将偏离自己的座位，此时，我们用照相机给全体同学照一张像，通过照片即可得到在同一时刻各位同学的活动情况.

板书：

波的图象表示介质中的各个质点在同一时刻偏离各自平衡位置的情况.

（3）由波的图象可获取的信息：

①出示一幅波的图象.

②学生讨论后总结可得到的信息：

a:

可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移：

方法是：

找到图线上各点的纵坐标，则该纵坐标的值表示的是各点在该时刻的位移.

b:

可以看出在波的传播过程中介质中各质点的振幅A.

方法是：

波动图线上纵坐标最大值的绝对值就是介质中各质点的振幅A.

c：

教师讲解如何判断沿传播方向上各质点在该时刻的运动方向.

方法一：

特殊点法：

1）展示一幅波的图象.

2）实物判定的步骤.

第一步：

根据波的传播方向，确定波源方位；

第二步：

在要判定的质点P靠近波源一方附近（不超过

）图象上找另一点P′;第三步：

若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动.

3）逐步分解展示判断过程.

如上图所示，波沿x轴正向传播，则波源在左方，则在N点附近靠近波源一方附近找一点M，由于M点在N点上方，故N点向上运动.

方法二：

微平移法.

作出经微小时间Δt（Δt＜

）后的波形，就知道了各质点经过Δt到达的位置，则运动方向就知道了.

已知一列波在某一时刻的波形图象、波的传播方向、波速如何画出一段时间Δt后的波的图象：

将某一时刻的波的图象沿波的传播方向移动一段距离Δx=v·Δt，就得到t+Δt时刻的波形图象.

讨论：

若要画出t-Δt时刻的波形图象.应如何去做？

什么是简谐波

1）什么是简谐波？

2）简谐波的波形图有什么特点？

为什么会出现两种不同的波形？

3）简谐波的波源振动有什么特点？

4）对于简谐波而言，各个质点振动的周期和振幅有什么关系？

1）简谐波是最基本最简单的波.它是由做简谐运动的波源引起的.

2）简谐波的波形图线是正弦曲线或余弦曲线，之所以出现上述两种曲线是由于所选计时起点的不同而产生的.如果以平衡位置开始计时，则得到的是正弦曲线；如果以物体振动到最大位移处开始计时，则得到的是余弦曲线.

3）简谐波的波源做的是简谐振动.

4）对于简谐波而言，各个质点振动的振幅都相同，各质点振动的周期都与波源振动的周期相同.

三、小结

四、作业

12.3波长频率和波速

教学目标

一、知识目标

1.理解波长、频率和波速的物理意义.

2.理解波长、频率和波速之间的关系.

二、能力目标

1.能够在波的图象中找到波长.

2.学会运用波长、频率和波速之间的关系进行计算和分析问题.

三、德育目标

通过对波的多解性问题的讨论，使学生知道解决问题时要全面分析.

教学重点

1.知道在波的图象中求波长.

2.理解波长、频率和波速的物理意义以及它们之间的关系.

3.学会用波长、频率和波速之间的关系进行计算和分析问题.

教学难点

用波长、频率和波速之间的关系求解波的多解问题.

教学方法

实验、讨论、讲解、练习、电教法.

教学过程

首先出示本节课的学习目标：

1.知道波长、频率的含义.

2.知道如何由质点的振动情况，波的传播情况确定波长.

3.掌握波长、频率和波速的关系式，并能应用解答有关问题.

4.知道波速由介质本身决定.

一、引入

1.出示思考题：

①什么叫质点振动的周期？

②什么是质点振动的频率？

③机械波形成时，波源处质点的振动为什么会引起后边的质点振动？

二、新课教学

（一）波长：

展示下列过程：

注意：

在制作时，把1和13做成相同颜色的，例如红色，把7做成另一种颜色的，为了能够使学生正确理解波长的概念，制作时，可多展示一些质点，例如可展示到形成二个或三个完整波形的所有质点.

下边我们以形成两个完整波形的质点进行说明：

1.分别观察质点1的起振方向如何？

2.当质点1振动

T,

T,T,

T,

T,

T,2T时，质点1的振动形式传到了哪些质点？

3.仔细观察质点1和质点13、质点25的振动状态（包括速度的方向及位移），有什么关系？

学生观察后，讨论总结，得到：

1.中质点1的起振方向向上；

2.经过

T，质点的振动形式传到了质点4，经

传到了质点7，经

T传到了质点10，经T传到了质点13；

3.质点1、13、25的速度方向及相对各自平衡位置的位移总是相等的.

［教师讲解］

在波的传播过程中，有一些质点，在振动中的任何时刻，对平衡位置的位移大小和方向都是相等的.

［板书］在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波长.

通常用λ来表示波长.

如图所示：

1.ah、hm、cj、gl、bi间的距离为多大？

2.am间距离是一个波长吗？

3.bd间距离是一个波长吗？

［师生总结］

1.相距一个（或整数）个波长的质点的振动位移有什么关系？

它们的振动速度的大小和方向有什么关系？

→相距一个（或整数个）波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相等，而且振动速度的大小和方向也相同，也就是说：

相距一个（或整数个）波长的两个质点在任何时刻振动状态都相同.

2.对于横波，相邻的波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离和波长之间有什么关系.

→对于横波，相邻的两个波峰或相邻的两个波谷之间的距离等于波长.

3.对于纵波，相邻的两个密部中央或相邻的两个疏部中央之间的距离与波长之间有什么关系.

→对于纵波，相邻的两个密部中央或相邻的两个疏部中央之间的距离等于一个波长.

［关于波长的强化训练］

下图所示是一列简谐波在某一时刻的波形图象，下列说法中正确的是

A.质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同的

B.质点B、F在振动过程中位移总是相等的

C.质点D、H的平衡位置间的距离是一个波长

D.质点A、I在振动过程中位移总是相同的，它们的平衡位置间的距离是一个波长.

（二）频率

在波动中，各个质点的周期和频率有什么关系？

与波源的周期和频率有什么关系？

在课本图10—5中，质点1产生的振动，经过多长时间传到质点13？

质点1与质点13之间的距离与波长有什么关系？

［推理归纳］

由上述思考题，我们可以得到：

1.波的周期和频率也就是波源的周期和频率、波源做一次全振动，在介质中正好形成一个完整的波形，所以波的频率反映了每秒内形成完全波的个数.

2.在一个周期的时间内，振动在介质中传播一个波长.

3.在n个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于n个波长.

［分析］

由于在n个周期的时间内，振动在介质内传播的距离等于n个波长.

所以波的传播速度为:

.

（三）波速

1.教师：

振动在介质中传播的速度，叫做波速.

2.总结波速的求解公式：

3.阅读课文，回答下列问题：

①波的频率与什么有关？

②波速与什么有关？

③波速与质点的振动速度有什么不同？

4.学生讨论后，回答，教师总结：

①波的频率仅由波源决定，与介质无关.

②波速仅由介质性质决定，与波的频率、质点的振幅无关.

③波速与质点振动速度的区别.

波速是振动形式匀速传播出去的速度，始终沿着波的传播方向，在同一介质中大小保持不变；质点振动速度是质点在平衡位置附近做振动的速度，大小、方向均随时间改变.

三、小结

四、作业

12．4波的反射和折射

一、教学目标

　　1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射

　　2．知道波发生反射时，反射角等于入射角、反射波的频率、波速和波长都与入射波相同．

　　3．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同．知道折射角与入射角的关系．

二、重点难点

　　重点：

波的反射和折射定律．

　　难点：

对波面和波线概念的理解．

三教学过程：

　　机械振动在介质中的传播形成机械波．我们通过波速、周期等物理量描述了机械波，波作为一种运动的形式既具有一般运动所具有的普遍性，又具有区别于其他运动形式的特殊性．波的反射和折射、波的衍射、波的干涉这些现象是波动形式的共同特性，也是学好以后知识的基础．

（一）波的反射

　　【演示】在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上，当金属片振动时，金属丝周期性的触动水面，形成波源，在水面上从波源发出一列圆形波．

　　将实验现象用仪在屏幕上，可观察到：

（1）水面上形成一列圆形波

（2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰波谷．

　　1．波面和波线

（1）波面：

同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面．

（2）波线：

用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线．如图所示．

惠更斯原理：

介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。

　　2．波的反射：

波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．

　　【演示】观察反射现象．在水波槽中放一块长木板，会看到从波源发出的圆形波，遇到长木板后有一列圆形波从长木板反射回来．

　　3．反射规律

（1）入射角（i）和反射角（

）：

入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角

叫做反射角．如图所示。

（2）反射规律

　　①反射定律：

入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角

。

　　②反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．

　　4．波遇到两种介质界面时，总存在反射．

（二）波的折射

　　【演示】在水槽的一部分底面上放一块厚玻璃板，使槽分为深水区和浅水区两个区域，（水波在这两个区域中传播速度不同，因而可以把这两个区域看做是不同的介质），让水波从深水区射到两个区域分界面上，并用仪将演示现象到屏幕上．同学们可以看到波由深水区进入浅水区继续传播，但是改变了传播方向．

　　1．波的折射：

波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．

　　2．折射规律：

（1）折射角（r）：

折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角．如图所示．

（2）折射定律

　　①折射定律：

入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比

　　可见：

当

时，

折射角折向法线

　　当

时，

折射角折离法线

　　当垂直界面入射（

）时，

传播方向不改变，属折射中的特例．

　　②在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．

　　3．波发生折射的原因：

是波在不同介质中的速度不同．

巩固练习：

课本第38页

小结：

略

作业：

12．5

波的衍射

教学目标

一、知识目标

1.知道什么是波的衍射现象.

2.知道波发生衍射的条件.

3.知道衍射是波特有的现象.

二、能力目标

提高学生从实验现象总结规律的能力.

三、德育目标

通过对衍射现象的学习，使学生学会从现象中发现规律的方法.

教学重点

1.波的衍射现象.

2.波能够产生明显衍射的条件.

教学难点

产生明显衍射条件的教学.

教学方法

实验归纳法、电教法、讲练法

教学用具

水波槽、两块挡板、两块有小孔的木板、实物仪、水波的衍射照片.

教学过程

本节课的学习目标.

1.知道什么是波的衍射现象和衍射的定义.

2.理解发生明显衍射现象的条件.

3.认识衍射是波特有的现象.

学习目标完成过程

一、引入

［放录像］

在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播，好像它们并不存在.

［教师］

在水波的传播过程中，遇到小石、芦苇等障碍物时，为什么会绕过它们继续传播呢？

本节课我们来学习这种现象.

板书：

波的衍射

二、新课教学

（一）波的衍射

［演示实验］

在实物仪上放一个发波水槽

1.使振动片开始振动，观察产生的水波.

2.在波源的前方放一个障碍物（例如一块木板），观察发生的现象.

3.在波源的前方放一个小的障碍物（如一段细铁丝），观察水波在传播过程中发生的现象.［学生操作］

［学生描述看到的现象］

教师总结并板书：

1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射.

2.衍射有的时候不明显（例如刚才的现象二），有的时候很明显（例如刚才的现象三）.

［演示实验］

1.在仪上放一个发波水槽.

2.让振动片振动，观察水面形成的波.

3.在水槽内放两块挡板，当中留一窄缝，观察水波通过窄缝后怎样传播.

4.改变挡板间窄缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化？

［学生描述看到的现象］

［教师总结］

通过以上现象可知：

当波通过小孔时，也能产生衍射现象，且孔越小，衍射现象越明显.板书：

波的传播过程中，波偏离直线传播的方向而绕到障碍物或小孔的“阴影”区的现象，叫做波的衍射.

（二）产生波的衍射的条件

教师做进一步讲解说明：

1.衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象.

2.衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异.

3.障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件.4.一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象.

5.波传到小孔（或障碍物时），小孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象.

6.当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象不容易观察到.

（三）强化训练

［出示课堂讨论题］

将一只小瓶立于水槽中，在槽中激发水波若想在瓶子后面看到水波绕进的衍射现象，激发水波的振子振动频率大些好还是小些好？

为什么？

三、小结

四、作业

12．6波的干涉

教学目标

一、知识目标

1.知道波的叠加原理.

2.知道什么是波的干涉现象和干涉图样.

3.知道干涉现象也是波特有的现象.

二、能力目标

培养学生的空间想象能力.

三、德育目标

通过波的叠加原理，使学生认识到事物之间的普遍联系.

教学重点

波的叠加原理和波的干涉现象.

教学难点

波的干涉中加强点和减弱点的位移和振幅的区别.

教学方法

实验法、训练法.

教学过程

本节课的学习目标：

1.知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律.

2.知道波的干