3.2 机械波的波速、波长、频率的关系和影响因素（创新实验）教学设计-2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

教科版高中物理选择性必修1第3章第2节创新实验——机械波的波速、波长、频率的关系和影响因素 一、使用教材：2019新教科版 普通高中教科书 选择性必修 第一册 二、实验器材和创新教具的设计 1.J2462—1型低频信号发生器。（图1） 2.传音喇叭两个、振动波源方盒（在喇叭盆面中心处粘合上长度为100cm的尼龙绳，作为机械波的传播介质）。（图2） 3.底座选用透明亚克力板制粘合牢固。（图3） 4.为增强观察的直观性，在底座背面粘贴上黑色广告纸，并加上LED灯管，固定于底座背面上方（图4）。 5.插线板及连接线 6.220V电源 （图1） （图2） （图3） （图4） 三、实验创新要点 （1）传统的教材演示实验，很难形象的观察到波长与频率的动态变化关系。在波的传播过程中，直接测出波长更是难上加难。且对本节的教学难点的突破也不理想。 （2）针对以上不足，本实验对教具和方法进行了设计创新。借助驻波模拟机械波的传播。为机械波传播的过程中，测量其相关参量创造了条件。还能看到频率和波长的动态变化。完美的突破本节的重难点。 （3）驻波形成介绍：低频信号发生器发出特定频率的正弦波，推动喇叭、喇叭带动棉绳振动，形成正弦机械波由近及远的传播。当波遇到障碍物（另一个喇叭）时、被反射。反射回来的波和原波频率相同，当绳子的长度等于半波长的整数倍时，两波的叠加形成了驻波。由于驻波的频率和波长与原机械波的是一样的，振幅也有定量关系，所以驻波可以模拟机械波在传播过程中的波长、频率等相关参量。 四、实验教学目标 弄清楚探究波速、波长、频率的关系和影响因素 伍、实验原理 （1） υ：波速。 λ： 波长 波长。 L:两喇叭间细线的长度。 n:图形上出现的完整的波腹的个数。 f:低频信号发生器指针所指的频率值。 六、实验教学内容 本节内容选自：2019 新教科版普通高中物理教科书 选择性必修第1册 第3章第2节《波速与波长频率的关系》。课标对本节内容的要求，理解波速波长频率的关系，知道波长、波速、频率的影响因素。为第4节《波的反射与折射》、第5节《波的干涉与衍射》埋下伏笔、做个铺垫，激发学生探究学习的能力。 七、实验教学过程 ( 验证关系 知道各 量参量大小 如果波能暂停就好了 -干涉驻波法 讨论交流引入 方案设计 演示实验 得出结论 数据分析 评价与交流 教学流程 ) ( 讨论交流 引入 2min 实验设计 8min 演示实验15min 数据处理 10min 交流与评价5min 教学环节 ) 1. 引入问题，猜想假设：教师创设问题情境，启发学生进行思考 ，提出探究问题并进行猜想和假设。 教材67页《讨论与交流》咱们怎样用实验来验证波长与频率的关系。探究它们与哪些因素有关？ 2. 实验方案设计：教师通过问题引导学生讨论，学生在教师指导下设 计实验方案。 实验器材：J2462—1型低频信号发生器、传音喇叭两个、振动波源方盒、LED灯、投影仪、100cm的细棉线、插线板及连接线、220V电源 ( 张力相同的同一均匀介质 波长 频率 波速 )请大家看到教材66页波与波长频率的关系，大家通过预习已经知道了认识波长、振幅、频率。。结合书上的《讨论与交流》咱们想通过实验来验证υ、λ与f的关系。 ( 驻 波 模拟法 ) 控制变量法。υ不变，λ与f的关系。f：低频信号发生器。 υ不变：同一均匀绳。λ：波在动不好测？......如果能使波形暂停一下，等咱们测量了再振动就好了。咱们采用了波的干涉，形成驻波模拟空间机械波的传播（干涉图样、驻波的形成与原理，在本章的第4节波的反射与折射、第5节波的反射干涉与衍射中，会学到和介绍）。如下装置图。波长测量成功搞定。可以继续实验设计了。控制变量法 绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察波长随着频率的增大如何变化。设计表格如下图. 绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察波长随着频率的增大如何变化 频率f（Hz） 23HZ 46Hz 69Hz 92Hz 波腹n（个） 波长（米） 波速 实验数据处理与分析 1、在同一均匀介质，中波的传播速度__________(变化或不变)。 2、波长与频率成________(反比或正比)。波长与频率___（有或没有）关系 3、频率由___决定. 4、波速与波长、频率_____（有或无）关系。 3. 演示实验与实验数据处理与分析 ①绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察频率为20Hz的图样， 波腹n（个）___1___个， 波长（米）________米 波速_________(填入上表) ②绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察频率为40Hz的图样， 波腹n（个）____2___个， 波长（米）________米 波速_________(填入上表) ③绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察频率为60Hz的图样， 波腹n（个）____3___个， 波长（米）________米 波速_________(填入上表) ④绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察频率为80Hz的图样， 波腹n（个）____4___个， 波长（米）________米 波速_________(填入上表) 绳长L=1米，在波速一定的情况下，观察波长随着频率的增大如何变化 频率f（Hz） 23HZ 46Hz 69Hz 92Hz 波腹n（个） 1 2 3 4 波长（米） 2 1 2/3 0.5 波速 46 46 46 46 实验数据处理与分析 1、在同一均匀介质，中波的传播速度______不变____(变化或不变)。 2、波长与频率成____反比____(反比或正比)。波长与频率___有_（有或没有）关系 3、频率由__波源_决定. 4、波速与波长、频率__无___（有或无）关系。 问：波速与张力是什么关系？ 演示实验：在频率为60HZ的情况下，用手其移动左边的喇叭，适当的增大拉力。观察波腹的个数n的变化。波长怎么变化。。波速怎么变化？ 结论：在材料相同、频率相同的情况下，，张力越大，波长、波速越大。 实验结论： 1.机械波，在同一均匀介质中，其传播速度不变，波长与频率成反比。 2.频率由波源决定，波速由介质决定，波长由介质和波源频率共同决定 3.在材料、频率相同时， 张力越大，波长、波速越大. 4.交流与评价 ( 5min) 驻波模拟机械波的传播图像。驻波的波长和频率与机械波的波长频率完全一样，但是驻波的振幅和机械波的振幅，还有一个矢量的叠加过程，这个咱们第5节《波的干涉与衍射》中会学到。有兴趣的同学可以去看看。 作业布置：1.完成实验报告。 2.设计实验，探究机械波速度与温度的关系。 五、实验效果评价 1、驻波法模拟机械波的传播图像。测量了波长，观察了波长与频率的动态变化，探究了影响因素。成功突了破重难点。这种研究方法比较少见，属于原理方法的更新。研究机械波、光波、电磁波等，提供了新途径和思考。 2、从实验方案的设计、 数据的处理及实验的反思，老师提问、学生思考讨论、调动了孩子们的学习积极性，通过演示实验让学生享受了物理的美，提高了学生对自然科学的热爱。落实了核心素养。 ( 第 1 页 共 6 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$