3.1 波的形成 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.1波的形成 〖教材分析〗 本节主要的学习内容是机械波的产生和传播。学生通过学习建立机械波的概念，根据传播方向区分横波和纵波。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道波的形成条件、分类。 科学思维∶能够理解波的起振过程，体会多个质点不同步的振动。 科学探究：结合视频分析横波和纵波的产生过程，知道两者的区别于联系。 科学态度与责任∶通过做一做活动，培养学生的集体精神。 〖教学重难点〗 教学重点：机械波传播的特点。 教学难点：各质点只是上下振动,并没有沿传播方向迁移。 〖教学准备〗 长绳，弹簧和音叉等。 〖教学过程〗 一、新课引入 请同学们观看ppt的图片，在艺术体操的带操表演中，运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻卷。彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也在向前运动吗？ 设计意图：通过对彩带的运动分析，引导学生从运动的角度分析。发现彩带并没有变长，也没有移动。但是给人的感觉又好像是有什么东西在移动。让学生产生认知冲突。 释疑：彩带上的波浪翻卷实际是振动在彩带上传播的结果。振动的传播称为波动，简称波。 问题：思考：绳波究竟是怎样形成的呢？绳上的波浪向前传播时，绳上的每个点也在向前运动吗？ 设计意图：学生带着这两个问题进行本节课的学习。 二、新课教学 （一）波的形成 演示：观察绳波的产生和传播 如图取一条较长的软绳，用手握住一端拉平后。 动作一：单独向上抖动一次。 动作二：单独向下抖动一次 动作三：连续向上、向下抖动长绳 动作四：在绳上做个红色标记，连续向上、向下抖动长绳。观察：在波传播的过程中，这个标记怎样运动？它是否随着波向绳的另一端移动？ 通过动画演示实验过程，再次展示以上过程，同样可以观察到红色标记只是上下振动，没有随波逐流。 思考：为什么会这样？ 分析波的形成：开始时绳子静止所有质点都在平衡位置，相邻质点存在弹力，当波源最先向上运动时，会带动质点2向上运动，质点二又带动与之相邻的质点三，经过波源到了最大位移，此时振动传到了质点四，他开始向上运动，就这样经过一个周期后，波源回到了平衡位置。波传播到了质点八的位置。不难看出，任一个质点被前一个质点所带动，一次传递运动形式。这就形成了波。 动画演示：波的形成过程 通过这个动画很容易就能看出来，如果把其中一个质点标上颜色，再让波继续振动，就会发现这个质点只是在自己的位置往复运动，其实他和波源的振动形式是一样的。所以传播但是振动形式和能量，而质点不会随波迁移。 做一做：团体操表演波浪——学生展示 一组学生手挽手排成一行，从左边第一位同学开始，周期性地下蹲、起立，依次带动旁边的同学重复他的动作，只是后边的一位总比前边的一位稍迟一点点。这样就会看到凹凸相间的波沿着队伍传播开来，而每个学生的位置并没有移动。运动会上的团体操表演常常用这种办法来表现波浪。 通过这个活动，让学生亲自体会“随波逐流”的含义。 （二）横波和纵波 1.绳波——横波 通过动画观看绳波。 在动画中观察到在绳波中的能量向右传播，每个点都是在上下振动的，振动方向与波的传播方向相互垂直，这种被称作横波。 横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。 特征：凸起部分最高处叫波峰，凹下部分的最低处叫波谷。 所以横波的传播过程中就会看它以波峰过和波谷的形式向前传播。 除了横波之外还有另外一种波。 演示：观察弹簧形成的波 将一根长而软的弹簧水平放置在光滑平面上，在左端沿弹簧轴线方向不断推、拉弹簧，观察实验现象。 实验中观察到，弹簧圈密集的部分和稀疏的部分交替向右传播，在弹簧上形成一种与横波不一样的波。 问题：这种波又是如何形成的呢？ 用慢动作来讲解波的形成： 前面的质点依次带动后面的质点左右振动，后一个质点振动的相位总比前一个质点落后一些。这样，弹簧一端左右振动的状态就沿弹簧传播开来。从整体上看，就形成了疏密相间的波。这个最密的位置叫做密部，而这个最疏的位置叫做疏部。我们把这种波称为纵波。 纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。 特征：质点分布最密的位置叫作密部，质点分布最疏的位置叫作疏部。 声波是纵波，地震波既有横波也有纵波。 横波与纵波的异同点 横波 纵波 定义 质点的振动方向与波的传播方向垂直。 质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。 描述 波峰、波谷 密部、疏部 共同点 ①质点都是在复波源的振动 ②质点的周期频率和起振方向都与波源相同 ③质点都不随波的传播而发生迁移 （三）机械波 你一定见过，在平静的水面投入一块石头，激起水波荡漾。播动琴弦振动的琴弦会带动空气振动形成声波。抖动一根柔软的绳子，就会看到凹凸相间的绳波，你有没有想过他们是怎么形成的呢？如果没有石头落入水中，水面是平静的，也就没有水波。现在投入一块儿石头，使得这个位置的水上下振动，带动周围水面形成了水波，很显然波是