3.2波的描述 教案-2022-2023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 〖教材分析〗 波形图、波长、频率和波速都是描述波的特性的物理量。书中没有重点讲到波的图像是各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移。该内容是个难点，应该采用演示加体验的方式教学，才能使学生理解该内容。要学生理解好横纵坐标的含义，能在图中指出个质点的位移等。在学生认识波长、频率和波速三者关系后，应进一步加强图像的认识。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道波形图，理解波长、频率和波速的概念。 科学思维∶能够掌握波形图的画法，判断波的传播方向和各质点振动方向。 科学探究：通过观察和分析波长、周期与波速的关系，理解波的特性。 科学态度与责任∶观察生活中的波动现象，能够利用波的知识去描述。 〖教学重难点〗 教学重点：理解波的图像中的物理量以及波动图像的意义；能够根据波的图像判断传播方向、质点振动，分析波的图像。 教学难点：根据波的图像判断传播方向、质点振动，分析波的图像。 〖教学准备〗 长绳，弹簧和音叉等。 〖教学过程〗 一、新课引入 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？ 研究单个质点的运动情况，用x-t 图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移。而波却是很多质点的运动，在同一时刻各个质点的位移都不尽相同，不方便用x-t图像来描述。 思考：能否用其他的图像来描述波呢？ 二、新课教学 （一）波的图像 讲述：通过绳波动画，展示波的图像形成过程。 提示学生：随着波的传播可以看到不同时刻各质点所处的位置，如果将某一时刻的状态拍下来，然后建立一个直角坐标系，就可以画出波的图像。 波的图像：点的集合就是这一时刻波的图像。波的图像有时也称波形图。 阐述波形图中横纵坐标的物理意义： ①横坐标x表示的各个质点在波传播方向上距离平衡位置的距离。 ②纵坐标y表示此时质点偏离平衡位置的位移。 举例子讲述波形图：它的横坐标代表的就是各个质点的平衡位置，比如波源的平衡位置在原点处，那这个A点的平衡位置就是距离波1m的位置。而纵坐标就是此时质点偏离平衡位置的位移，还是看A质点，此时他的位移就是0.1m。 再比如B质点，此时他的位移是这个波的最大位移，同样被称作波的振幅。 特殊的如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。 1.振动图像和波动图像的区别 振动图像和波动图像，他们都是正弦函数，但物理意义截然不同。 振动图像：是一个质点在不同时刻的位移。 波动图像：是一个时刻不同点的位移。 形象点来说，振动图像就像是录像，连续记录了他在一段时间内的情况。而波的图像更像是一张照片儿，只记录了某一个时刻，很多个体的情况。 因为物理意义的不同，他们的横坐标自然就不相同。振动图像的横坐标代表的是时间轴，所以用t表示，一段完整曲线所对应的横坐标代表的是一个周期。比如上图的这个简谐运动的周期8秒。波动图像的横坐标代表的是各个质点的平衡位置，所以用x表示。一段完整曲线所对应的横坐标代表的是一个波长，比如上图这列波的波长8m。 以后在看到图像的时候，一定要先观察横坐标的字母，如果t那就是振动图像，如果是x那就是波动图像。 当然除了这些不同点以外，他们也有相同点，首先他们的纵坐标代表的都是质点相对于平衡位置的位移，最大位移代表的都是振幅。其次，他们代表的质点做的都是简谐运动，都符合简谐运动的规律，只是每个图像都有它的局限性。 思考： 如图所示：波源振动后开始向左传播，如果按甲图建立直角坐标系，他的波源在这个右边位置波的传播方向是向左的，与x轴的方向相反。如果按乙图建立直角坐标系，它的波源在原点，波的传播方向是向右的，与x轴的方向相同。显然波的传播方向与x轴的方向无关。既然波源和传播方向具有不确定性。 波源和传播方向具有不确定性，那如何在波的图像中判断质点的运动方向？ 2.如何在波的图像中判断质点的运动方向 以右图为例，在任意取一点A，怎么判断它的运动方向呢？ 要知道它的运动方向，只要知道下一刻他的位置就可以了，而下一刻波的图像怎么得到呢？ 只要把波形图整体右移就好了。如图虚线所示。也就是说经过一段时间波向右传播到了虚线位置。对应的质点A就运动到了黑点处，那它的运动方向就是沿y轴负方向。这种方法叫做微元法。 方法一：微元法。 也就是将波沿着传播方向平移一小段，找到该质点对应的位置，就可以判断出质点的运动方向。 再次任取一点B，将波沿传播方向向右平移一小段，B将会运动到波峰的位置，B应该是沿y轴正方向运动，但是微元法仍然不够快捷。 再看另外一种更便捷的方法，同侧法。 还是先看B质点，如果把波的传播方向和质点的振动方向都画在这个质点上，就会发现这两个代表方向的箭头都在曲线的同一侧。这也是判断出现振动方向最常用的方法。再用质点A验证一下，这一波是向右传播的，将波的传播方向画在质点上，利用