第四章 E 机械波的描述

执教：奉贤区景秀高中 宋佩红 赵娣霞

一、教学任务分析

机械波的描述是在学习了匀速圆周运动、机械振动和机械波以后，对机械运动的进一步学习，关于波的概念也是今后学习交流电、电磁波等内容的基础。

学习机械波的描述需要匀速圆周运动、机械振动和机械波以及匀速直线运动的知识为基础。

通过有关“波”的录像揭示波在现实生活中的应用，激发学生的学习兴趣，同时也引出如何描述波的课题。

通过绳波演示和相应多媒体课件的演示，揭示机械波的产生过程，在此基础上引人机械波的图像。

联系匀速圆周运动、机械振动等周期性运动，通过DIS实验（或演示多媒体课件），从分析、比较波形图中波形的分布和重复，归纳得出波速、波长、频率等概念；根据机械波传播的特点，联系匀速直线运动的的规律，得出波速、波长、频率三者之间的的关系：v＝λf。

通过课内学习训练巩固对波速、波长、频率的关系的理解。

本节课的教学要鼓励学生主动参与，在概念形成过程中，让学生感受到分析、比较、归纳、演绎等科学方法的应用，感悟观察、实验对形成概念和发现规律的重要作用。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）理解机械波的图像。

（2）知道描述机械波的物理量波速、波长、频率和周期。

（3）理解波速、波长、频率的关系。

2、过程与方法

（1）通过对波形图的认知过程，明白正确的观察在建立概念过程中的重要作用。

（2）通过对波速、波长、频率的关系探究过程，感受根据实验事实进行分析、比较和归纳是探究物理规律的重要方法之一。

3、情感、态度与价值观

（1）通过对有关“波”的录像的观察，感悟物理源于生活，从而重视对生活中物理现象的观察。

（2）通过对绳波的观察、探索，并由此得出波速、波长、频率的关系，感悟物理学是一门以实验为基础的科学，从而认真观察演示实验，自觉进行物理实验。

三、教学重点和难点

重点：波速、波长、频率的概念及三者之间的关系。

难点：机械波的图像。

四、教学资源

1、器材：DIS实验设备、长绳。

2、录像：“泰坦尼克”号被冰山撞沉、海洋渔业勘测等。

3、课件：机械波的形成。

五、教学设计思路

本设计的内容包括两个部分：一是机械波的图像；二是波速、波长、频率的概念以及三者之间的关系。

本设计的基本思路是：以DIS实验、多媒体课件演示为基础，通过观察机械波形成过程引人波形图，然后从分析、比较波形图中波形的分布和重复，归纳得出波速、波长、频率等概念；根据机械波传播的特点，联系匀速直线运动的的规律，得出波速、波长、频率三者之间的的关系：v＝λf。

本设计要突出的重点是：波速、波长、频率的概念及三者之间的关系。方法是：利用多媒体课件演示绳波的产生过程，引导、组织学生进行讨论、交流，通过分析、比较，归纳出描述机械波的物理量 ——波速、波长、频率，然后让学生通过DIS实验（或演示实验、课件）探究波速、波长、频率的关系，再运用图像法等处理数据的手段归纳出波速、波长、频率的定量关系。

本设计要突破的难点是：机械波的图像。方法是：通过绳波产生的实验演示、多媒体课件对机械波产生过程的动态过程和瞬态的模拟展示，让学生在观察的基础上，通过分组讨论、交流，通过分析、比较，建立波形图的概念。对部分有兴趣的学生还可提供有关多普勒效应方面的学习指导。教师可根据学校和学生的具体情况，由部分有兴趣的学生以小组形式进行课外拓展探究，教师应在背景资料搜集、探究目标制定、研究方法选择等方面发挥指导作用，注意不要因此加重学生的负担。

本设计首先通过对录像的观察，激发学生的学习兴趣；然后通过实验、多媒体演示等教学活动，使学生充分感受知识获得的过程，感悟物理学研究的方法，逐步养成良好的学习习惯。

完成本设计的内容约需2课时。

六、教学流程

1、教学流程图

2、流程图说明

情景Ⅰ 录像，设问

录像“泰坦尼克”号被撞沉、海洋渔业勘测等。通过录像揭示有关“波”在现实生活中应用的信息，从人文教育的角度激发学生的学习兴趣，同时也使学生对“从生活到物理”产生深刻印象。

活动Ⅰ 演示实验，课件演示

包括绳波实验和课件演示两部分。

通过绳波的演示，再应用课件演示揭示机械波的产生过程，在此基础上引入机械波的图像。教学时注意学生的观察力的培养，并对学生的观察给予激励性评价。

活动Ⅱ DIS实验

为DIS实验探究活动（也可以用传统演示实验或课件代替。）。

通过DIS实验（或传统演示实验、课件演示）探究活动培养学生的科学探究能力，并在此基础上引入机械波波速、波长、频率的关系：v＝λf。

活动Ⅲ 学习训练

通过课内学习训练巩固对波速、波长、频率的关系的的理解。

*情景Ⅱ 拓展联想

有关多普勒效应的录像资料或课件。

这部分内容属于拓展型课程的选学内容，对部分有兴趣的学生提供探究的课题。

3、教学主要环节

本设计可分为四个教学环节。

第一环节，通过情景导入、演示实验和多媒体课件演示，建立波的图像的概念。

第二环节，根据实验和多媒体演示，通过交流、讨论，建立波速、波长、频率的概念，进而导出三者之间的的关系。

第三环节，通过学习训练帮助学生正确理解波速、波长、频率的关系。

*第四环节，通过有关多普勒效应的录像，对部分有兴趣的学生提供探究的课题。

七、教案示例

一、录像导入

学生活动：观看“泰坦尼克”沉船片段。

教师：这是一个历史上的悲剧，同学们说一说如果在现代的话，这样的悲剧能不能避免呢？若可以又如何去避免呢？

学生跃跃欲试，通过自己查找的资料，让学生发表自己见解。很多同学提到可以用激光探测，或者其它的探测仪探测船的前面有没有障碍物。

教师：同学们的思维很活跃，回答也很精彩，这些探测仪其实都利用了波，人们是如何利用波工作的呢？这节课我们一起来探讨吧。

二、实验探究和课件演示

演示：在讲台桌上放好一根长绳，让一个同学手握住一端静止不动，另一个同学握住另一端让其上下振动，请同学描绘一下所看到的现象。

学生：随着手的上下抖动，绳上有凹凸波形向前传播。

教师：观察，思考这列波是如何产生和传播的？

学生思考后，小组充分讨论，一位学生代表发言。

教师：机械波形是怎样的？

课件演示：演示一列绳波

要求学生画出某一时刻看到的机械波的形状并展示几位同学的图像。（使用课件“机械波的描述.swf”说明）

如果我们在波源开始振动后的某一时刻对其拍一张照片，就能得到该时刻的机械波的形状。如果在这个波形上再添上坐标系：

横坐标x：波上各质点的平衡位置。

纵坐标y：表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。

这样就组成了该时刻的机械波的图像，简称波形图。

（使用课件“简谐振动（分析）.exe”说明）

波形图与振动图像的相似之处及区别：（启发学生一起找）

相似处：简谐波的波形图与简谐振动的振动图像都是正弦曲线。

教师：要想知道波从A传到B这段距离需要多长时间，我们还需要什么物理量呢？学生充分思考，讨论交流。学生代表回答。

思考讨论

1、为什么绳波上每一个质点的振动频率和周期都相同呢？

2、为什么经过特定的时间振动形式可以从第一个质点传到第二个质点，这个传播的快慢由谁决定？

3、为什么经过一个周期振动形式传到第13个点，而不是其他质点呢？

学生分组讨论后，小组交流发言。

教师：很好。机械波的速度我们就用一个新的物理量来表示：

板书：1、波速（v）

（1）物理意义：用来描述机械波的传播快慢的物理量。

教师：仿照前面学的速度的定义式，用数学表达式怎样来表示波速呢？

学生：由学生回答$v=\frac{s}{t}$

板书：（2）数学表达式：$v=\frac{s}{t}$ 单位：m/s

教师：慢慢演示绳波的传播，让学生观察波源在振动一个周期时波的传播特点，以及一个周期以后以后波的传播特点。

学生：思考，交流，讨论。

3～4个学生回答，波源振动一个周期，波向前传播的距离是一定的，当传播一个周期以后波的形状就重复前面的波形。

教师：我们给波在一个周期内传播的一定距离给它一个新的物理量叫波长。

板书：2、波长（λ）：

（1）物理意义：波源振动一个周期（T），波向前传播的距离；

（使用课件“机械波的描述.swf”说明波源振子全振动一次所需时间与传播一波长所需时间相同）

教师：若振动周期T一定，那么波速越大，波长会怎样？

学生：越大。

教师：波长的大小用数学表达式怎样表示呢？

学生：（思考）可能是vT吧？教师：很好啊！

板书：（2）数学表达式：λ＝vT 单位：m

教师：大家已经发现机械波传播一个波长后就会出现重复的波形，那么有这样的规律我们就很容易在波的图像中找到一个波长了。展示学生画的图像，老师给出不同的点，要求学生找到一个波长的距离。

师生：总结，横波中波峰（波谷）与相邻一个波峰（波谷）的距离就是一个波长。

教师：由于波的周期就是有波源的振动周期决定的，所以波的周期就是T，波的频率f怎样表示呢？

学生：$f=\frac{1}{T}$

板书：（3）频率（f）：$f=\frac{1}{T}$ 单位：Hz

教师：由上面的物理量及相应的关系，那么波长、波速、频率的关系你能推导出来吗？

学生：$\lambda =\frac{v}{f}$

板书：（4）关系式：$\lambda =vT$，$f=\frac{1}{T}$ ，$\lambda =\frac{v}{f}$

教师：注意点：波源的振动不变化，那么波的周期与频率就保持不变；波在不同种介质中传播，波速要变化。

演示：波动（横波、纵波）演示器，观察、分析各时刻的质点的运动情况。

三、运用实例

例1：如图曲线表示一列简谐波在某一时刻的波形，已知波沿x轴负方向传播，波速v＝1m/s，求：

（1）波长和周期；

（2）画出质点A、B的振动方向；

（3）画出经过1s后的波形。由学生从图中读出波的波长，利用$\lambda =\frac{v}{f}$，$f=\frac{1}{T}$，学生练习交流。

例2：举例生活中声音的传播，一定距离时多长时间能听到对方的声音。

利用s＝vt。回忆光在真空中的传播速度，声音在常见介质中的传播速度，老师和学生共同解答本题。

四、拓展联想

课件多普勒效应。

课外探究活动：

【探究课题】验证多普勒效应。

【探究目的】加深理解多普勒效应，锻炼学生自己动手实验的能力。

【组织形式】学生小组（2～5人）活动。

【总体设计】2～5人为一组，设计验证多普勒效应的实验方案，注意利用现有条件。

【活动过程】具体实验过程可由学生依据自己的实际情况确定。

五、学习训练

学生课后练习：课本P12《训练与应用》4、5题。

发布时间：2013/5/20 下午3:20:42  阅读次数：2845