第三章 机械波（大单元整体教学设计）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

2024-2025高中物理（人教2019版）大单元学科素养教学设计 单元教学课题 高中物理选择性必修1 第三章《机械波》 学科 单元 年级 授课人 物理 机械波 高二 Xxx 单元内容 一、教材简介 普通高中物理教科书《选择性必修一》是继必课程后的等级性考试模块中的选择性必修教材。《机械波》这章是学生第一次学习多质点运动的特征与规律。从内容特点上看，机械波既是上―章机械振动的延续，又是后续学习光与电磁波的基础。波动是物质运动的一种特殊形式，其基本的运动特征与规律既适用于机械波也适用于光波、电磁波及其他波，因此，学习机械波有十分重要的意义。从研究方法上看，这一章以实验为基础，更加突出物理学科特点，同时注重与生产生活和现代科学技术的联系。在学习本章教材的过程中，教师要引导学生认真观察、分析实验现象，推理得出物理规律，进而运用得出的物理规律去分析、解决问题。 二、本章概述 本章介绍了振动在介质中的传播。让学生知道波是运动的一种形式，进一步丰富了学生的物质、运动与相互作用观。与波相关的知识，如波的反射、折射、衍射与干涉，是学生分析、解释自然界中相关现象的知识基础。多普勒效应以及波能传递能量和信息等知识，充分渗透了运动的相对性及能量观念。教材提出横波与纵波两种理想模型，描述波的两种方法（图像法与解析法）及波的传播过程的推理论证，渗透了模型建立、推理论证的方法。针对波的反射、折射、衍射和干涉等现象的介绍，均是基于实验事实和科学推理进行的，是分析综合、推理论证等方法在学习机械波中的具体运用，为学生的科学思维素养培养提供支持。教科书在编排时，基于对关于波的现象的观察提出问题、形成猜想，进而设计实验、基于证据得出结论，并作出解释。例如，在介绍波的衍射时，先展示现象，进而提出问题“波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？”，然后进行实验，探究保持水波的波长不变时，改变狭缝宽度时，波是如何传播的？最后，通过实验，总结得出结论。类似这样的编写思路，着力培养学生的科学探究能力。教材结合波的传播的有关知识，介绍了大量利用科学技术改善人们生活的应用，有利于培养学生对物理学的兴趣和热爱，以激励学生认真学习物理，在学习波的干涉后，安排了一个STSE栏目,介绍了主动降噪技术。在分析了多普勒效应的产生原理后，又介绍了利用超声波的多普勒测速仪、“彩超”等具体应用。 本单元教学内容：本章共5节，可以分为两个单元。第一单元包括第1节和第2节，主要讲述波的基本概念波的产生与波的描述。教材首先分析说明弹性介质中某处发生振动时，由于介质相邻部分间存在相互作用，振动的介质要带动邻近的介质振动，使振动沿介质传播出去。在深入细致地分析横波和纵波形成过程的基础上，明确指出介质传播的是振动这种运动形式，介质本身并不随波一起传播，并进一步指出波可以传递能量和信息。接着介绍描述波的两种方法。一是图像法，介绍横波的图像，说明横波波形图的意义，强调波的图像与振动图像的区别。二是解析法，根据对振动传播过程、横波波形图的空间周期性的分析，简单、准确地给出了波长入的定义，说明介质中的质点的振动周期或频率也叫波的周期或频率，得出波的传播的重要公式，并举例说明两种描述方法的具体应用。 第二单元包括第3节至第5节，讲述波的传播特性。教材根据课程标准的要求，增加了波的反射与折射，删去了惠更斯原理。在节的划分上，把波的反射、折射与衍射合并为第3节，把波的干涉单独作为第4节。第5节介绍了多普勒效应，说明波源与观察者相对运动时观察者接收到的波的频率发生变化的现象，多普勒效应在现代科技中有重要的应用。 本单元内容的课标要求和教学思维导图如下: 本单元内容可开发的教学活动与资源:学校实验室活动，学生自主探究、小组兴趣活动、网络整合资源。 本单元教学重点： (1)通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 (2)能对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程。 (3)能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部， (4)知道机械波的概念和形成机械波的条件。 (5)能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。 (6)理解波长，频率和波速的意义及其关系。 (7)能判断波的传播方向和质点的振动方向。 本单元教学难点: (1)了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。 (2)从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。 (3)通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。 (4)知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。 (5)了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。 (6)从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。 (7)通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。 (8)知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。 (9)通过实验了解多普勒效应及其产生的原因，知道多普勒效应是波特有的现象。 (10)知道多普勒效应的简单应用。 2020新课标要求 1.2.4通过观察，认识波的特征。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率的关系。 1.2.5知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的干涉与衍射现象。 1.2.6通过实验，认识多普勒效应。能解释多普勒效应产生的原因。能列举多普勒效应的应用实例。 单元学情 学生在学习本知识前，已经知道了水波、声波等名词，但是没有思考过波是如何形成的，学生在思考讨论中会发现质点并没有随波逐流，而是在平衡位置附近振动，这与学生认知可能冲突，能够激发学生的学习兴趣，引发思索波的本质。通过本节的学习，对机械波的观念的形成大有裨益。 我们可以帮助学生克服这些困难与挑战，进而在探索与发现的过程中体验到学习的乐趣与成就感。 教学策略 采用了7个演示实验，它们分别涉及沿绳传播的波、弹簧形成的波、水波的反射、水波的衍射、波的叠加、水波的干涉、蜂鸣器音调的变化，充分说明物理学科要以实验为基础，也表明教学中要重视物理实验的作用，要真做实验，通过实验来引导学生认识物理现象，通过实验得出物理规律。教材还安排了观察水波的传播、声音的干涉两个“做一做”，以及关于不同时刻波形图和水波多普勒效应两个“思考与讨论”，强调学生的实践活动在物理学习中的重要性。 学业要求 （1）通过形象、生动、有趣的物理实验观察，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息，增加学生的感性认识。 （2）通过波动现象的分析和推理，认识波的形成过程，培养学生的观察、分析和知识迁移能力。 （3）通过视频演示学习，能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部。 （4）通过实验、观察了解机械波的概念和形成机械波的条件。 核心素养 物理观念：本章教材从波的传播入手，介绍了波是运动的一种形式，分析了这种运动是介质中的质点间相互作用的结果，同样，波的反射，折射、衍射与干涉也都是波与介质相互作用的结果，而多普勒效应是运动的相对性的结果，充分渗透了运动与相互作用观念。同时，教材介绍了波是能量传递的一种方式，也为学生进一步建立能量观念提供了支撑。 科学思维：教材以实际问题引发学生思考，在提出横波与纵波两种理想模型、介绍描述波的两种方法（图像法与解析法）、推导波动衍射条件和干涉条件、建立多普勒效应模型的过程中，都渗透了模型建构、推理论证和质疑创新的思想。 科学探究：教材在探究波发生明显衍射的条件时，首先从现象（绕射）引出问题(为什么会绕射)，然后通过水波进行实验（尝试各种缝宽），最后得出结论（缝宽或障碍物尺寸与水波波长相当或更小)，这是一个科学探究的过程。另外，对波的干涉现象的分析，分别用反证法明确两列波的频率要相同、相位差要恒定、振动方向要一致，这样的两列波才会产生稳定的干涉现象，这是基于证据得出结论的过程。 科学态度与责任：教材介绍机械波在介质中的传播速度时，强调波速是由介质本身的性质决定的，不同介质中的波速不同，又强调声速还与温度有关，给出了0℃时几种介质中的声速教值，这样的安排有利于学生理解物理学的本质。同时，教材在分析了多普勒效应的产生原理后，介绍了利用超声波的多普勒测速仪，“彩超”等具体应用，有利于培养学生对物理学的兴趣。 达成评价表 水平等级 水平标准描述 自评 互评 等级一 (1)通过观察和分析，认识波是振动的传播，知道波在传播振动形式的同时也传播能量和信息。 (2)能对波动现象进行分析和推理，认识波的形成过程。 (3)能区别横波和纵波，知道什么是波峰和波谷，密部和疏部， (4)知道机械波的概念和形成机械波的条件。 等级二 (1)能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。 (2)理解波长，频率和波速的意义及其关系。 (3)能判断波的传播方向和质点的振动方向。 (4)了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。 (5)从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。 (6)通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。 等级三 (1)知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。 (2)了解波的叠加原理，了解波的叠加过程中质点的合位移。 (3)从振动角度认识振动加强区域和减弱区域。 (4)通过实验，认识波的干涉现象和干涉图样。 (5)知道干涉现象是波特有的现象，了解波发生稳定干涉的条件。 (6)通过实验了解多普勒效应及其产生的原因，知道多普勒效应是波特有的现象。 (7)知道多普勒效应的简单应用。 单元课时活动和活动实施表 课时安排建议 第1节 《波的形成》 1课时 第2节 《波的描述》 2课时 第3节 《波的反射、折射和衍射》 2课时 第4节 《波的干涉》 1课时 第5节 《多普勒效应》 1课时 第1节《《波的形成》》学习活动规划 学习内容 1.《波的形成》（包含：教材中问题、做一做、思考与讨论、例题，练习与应用） 课型课时 探究型1课时 课时目标 1物理观念： 了解日常生活中常见的“波”，体会“波”与振动的区别，学习观察与分析的方法。 2科学思维： 通过实物演示、计算机模拟等建立机械波概念的过程，提高对物理学科的学习兴趣。 3科学探究： 观察日常生活中常见的“波”，体会“波”与振动的区别，学习观察与分析的方法。 4科学态度与责任： 通过绳波波形的模拟，提高人际协作和交流意识。通过对实验现象的分析和总结，培养学生实事求是的科学态度。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决波动的描述，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题与活动 想一想： 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？ 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（wave）。波是怎样形成的？ 学习活动 波的形成 无处不在的波 声波 水波 弹簧纵波 地震波 光波 电磁波 1、定义：机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。 有振动不一定存在波，有波一定存在振动 2、 产生条件：① 有振源。② 有可传播波的介质。 波源（振源）：能够维持振动的传播，不间断的输入能量,并能发出波的物体或物体所在的初始位置。 如:我们的声带、各种乐器在发声时、各种机器在运转时就是振源。 介质：凡是能传播机械振动的媒介物质，都可以叫做介质。 如：水能传播水波、绳子可传播绳波、空气可传播声波、大地可传播地震波等等，则水、绳子、空气、大地等都可叫做介质。 波的形成与传播： 设想把绳分成许多小部分 每一小部分可以看成质点，质点与质点之间有相互作用力。 绳波的形成 由于相邻质点间存在着相互作用，当绳中某一质点发生振动（振源）时，就会带动相邻的质点，使它上下振动。这个质点又带动更远一些的质点振动起来，从而使绳子上的质点都跟着振动起来。绳端这种上下振动的状态就沿绳子传了出去，从整体上看就是一些凹凸相间的波形。 机械波的形成过程：由于相邻质点间的力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动附近的各质点振动，附近各点的振动又带动较远质点的振动，从而使振动向远处传播。 波的传播过程质点的运动特点 ：前带后，后跟前，运动状态向后传； 波源质点先向上振,其它质点也向上；质点上下振动，但不随波迁移;质点传播能量由近向远. 因此:波传递的是运动形式和能量. 探究点二、横波和纵波 1、 横波 ① 特征：质点的振动方向与波的传播方向垂直 ②波形特点：凹凸相间的波纹 凸起部分的最高点叫做波峰 ③波峰与波谷： 凹下部分的最低点叫波谷 想一想： 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（图） 团体操表现波浪 2、纵波 ①特征：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。 ②波形特点：质点分布较稀的部分叫疏部，质点分布较密的部分叫密部。 例如:声波是纵波,地震波既有横波成份,又有纵波成份。水波既不是横波，也不是纵波。 思考与讨论 观察弹簧形成的波 如图，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 波的特征： 沿着波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相. 地震波既有横波又有纵波。(水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。) 机械波向外传播的是波源(及各质点)的振动状态和能量. 探究点三、机械波 机械振动在介质中的传播称为机械波。 ① 机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式。 ② 当波源的介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式。 ③ 波是传播能量的一种方式。 机械波的规律（特点） 1）介质中各个质点不是同时起振的，离振源近的质点先起振。（步调不一致） 前面的质点带动后面的质点振动，后面的质点重复前面的质点的振动，并且后面的质点的振动依次滞后前面的质点 。 2）介质中质点在各自的平衡位置附近做机械振动，质点本身并不随波迁移。 3）传播过程中各质点的振动都是受迫振动，驱动力来源于波源。介质中各个质点的起振方向、周期、频率、振幅和波源相同。 （具有周期性） 4）波向前传播的是振动形式、能量和信息。 做一做 有一盆平静的水，上面漂着一片小纸屑。用笔尖轻点水面，观察产生的水波。使笔尖周期性地轻点同一处水面，观察水波的传播和纸屑的运动。 课堂重点知识小结 1、机械波的产生条件：①振源；②介质。注意：有机械波必有机械振动，有机械振动不一定有机械波。 2、按质点振动方向与波的传播方向的关系，可把机械波分为横波与纵波。 及时性评价 对不同小组的活动效果进行统计，提出小组活动的合理性、科学性等。 作业设计 （1）教材61页练习2（要求学生先画不同时刻的波形）意图是使学生对波的传播形状有新的认识，加深对波的本质理解，尤其是一个周期内振动、传播特点有比较准确的判断。 （2）分析比较机械波与机械振动区别和联系。让学生自行比较分析，检阅学生的分析比较能力，达到知识点的融会贯通。 板书小结 教学反思 （1）成功之处： （2）不足之处： （3）改进措施 第2节《波的描述》学习活动规划 学习内容 2.波的描述（包含：教材中问题、做一做、思考与讨论、例题，练习与应用） 课型课时 研究型2课时 课时目标 1物理观念： 知道振动图像与波形图各自的物理意义，并清楚他们之间的联系。 2科学思维： 学会应用波长、周期（频率）和波速的关系来解决相关问题，从而激发学生学习物理，探究物理知识的热情，培养仔细观察，抓住事物本质的思维品质。 3科学探究： 引导学生能够针对不同的图像，进行思考、探究，得到不同图像所蕴含的物理意义，从而达到提升解题能力的目的。。 4科学态度与责任： 养成认真观察、仔细分析的问题的学习习惯，能够在日常生活中发现机械波的存在，并能够用所学知识解释其相关的物理规律。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决波动的描述，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题与活动 【引入新课】 想一想： 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？ 过去我们研究的是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。能否用其他的图像来描述波呢？我们以横波为例研究波的图像。 学习活动 探究点一、波的图像 1.把平衡时位于x1, x2, x3，… 的质点的位移y1，y2，y3，… 画在Oxy 坐标平面内，得到一系列坐标为（x1，y1），（x2， y2），（x3，y3），… 的点，这些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。 横波的图像 2、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（simple harmonic wave）。可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的质点在做简谐运动。 横波的图像 波的图象的物理意义 波的图象表示介质中各个质点在某一时刻(同一时刻)偏离平衡位置的位移的空间分布情况。在不同时刻质点振动的位移不同，波形也随之改变，不同时刻的波形曲线是不同的。 波的图象中包含的信息 1)、该时刻沿波的传播方向上各个质点的位移； 2)、各个质点的振幅A ; 3)、能根据波的传播方向判断各个质点在该时刻的运动方向、加速度方向及其变化情况； 4)、可以画出另一时刻的波形图。 波的传播方向与质点的振动方向的判断方法 探究点二、波长、频率和波速 波长λ 1、定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫作波长 （1）注意：“位移总是相等” 且“相邻”两质点的准确含义 （2）在横波中两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。 在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离为纵波的波长。 波长 注意：同一波源产生的机械波，随着传播介质的不同，波长会发生改变。 在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长 横波的波长 纵波的波长 周期（T）、频率（f） 周期 ：波前进一个波长的距离所需要的时间. 频率 ：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目. 波速 ：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）. ①.周期、频率与介质无关，与波源的相同。波长、波速与介质有关。 ②.不同频率的同一类波在同一介质中波速相同。 ③.波在不同介质中频率不变。 周期或频率只决定于波源的振动! 波速只决定于媒质的性质！ 声音在不同介质中的传播速度 四个物理量之间的联系 探究点三、课堂研究归纳 1、 波形图与振动图的区别：波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移。 2、波的传播方向与质点振动方向的关系：上下坡发、同侧法、微平移法。 3、波长、频率、周期、波速之间的关系： 例1、（单选）列简谐横波沿x轴传播,t=0时的波形如图所示,质点A与质点B相距1 m,A点速度沿y轴正方向;t=0.02 s时,质点A第一次到达正向最大位移处,由此可知(　　) A.此波沿x轴正方向传播 B.此波沿x轴负方向传播 C.从t=0时起,经过0.04 s,质点A沿波传播方向迁移了1 m D.在t=0.04 s时,质点B在平衡位置处,速度沿y轴负方向 【答案】：B 【解析】：由A点向上振动,可判定波沿x轴负方向传播,故选项A错误,B正确;由波的图象看出,经t=0.02 s质点A第一次到达最大位移处,则t=T,T=0.08 s,经0.04 s,质点B在平衡位置处,速度沿y轴正方向,故选项D错误;波传播过程中,质点A并不随波迁移,故选项C错误。 例2、（单选）如图是一列简谐横波在某时刻的波形图，已知图中b位置的质点起振时间比a位置的质点晚0.5 s，b和c之间的距离是5 m，则此列波的波长和频率分别为(　　) A． 5 m,1 Hz B． 10 m,2 Hz C． 5 m,2 Hz D． 10 m,1 Hz 【答案】 A 【解析】　从波的图象可以看出，波长λ＝5 m，b点比a点的起振时间晚0.5 s，则波速v＝＝m/s＝5 m/s，所以T＝＝1 s，f＝＝1 Hz. 例3、(单选）图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象．则下列说法正确的是(　　) A． 该波的速度为1.6 m/s，沿x轴负方向传播 B． 该波的速度为20 m/s，沿x轴正方向传播 C． 经过0.2 s，质点P沿x轴的正方向迁移了4 m D． 经过0.1 s，质点Q的运动方向沿y轴正方向 【答案】　B 【解析】　简谐横波的波长λ＝4 m，T＝0.2 s，则波速v＝＝20 m/s，A错，B对；根据简谐波“前带后，后随前”带动原则可知：该波沿x轴正方向传播；质点不“随波逐流”，所以C错误；质点Q此时向上振动，经过0.1 s，即半个周期后质点Q的运动方向沿y轴负方向，D错． 及时性评价 对不同小组的课堂活动进行归纳分析，提出课堂活动的合理性、安全性、可操作性和间接性等。 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 及时性评价 对小组活动量化，进行统计,评价后提出鼓励和建议. 作业设计 （1）教材65页练习1、2、3 （2）随谈检测 一列横波某时刻的波形如图甲所示，图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图像。 若波沿x轴的正方向传播，图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图像？ 若波沿x轴的负方向传播，图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图像？ 板书小结 教学反思 （1）成功之处： （2）不足之处： （3）改进措施 第3节《波的反射、折射和衍射》学习活动规划 学习内容 3.波的反射、折射和衍射（包含：教材中问题、做一做、思考与讨论、例题、科学漫步，练习与应用等） 课型课时 探究型2课时 课时目标 1物理观念： 了解波在传播过程中可能发生反射、折射、衍射等物理现象并知道这些物理现象形成的条件。 2科学思维： 通过生活实例的分析以及观察演示实验，直接体验生活中处处存在着物理现象和自然规律，从而激发学生学习物理，探究物理知识的热情，培养仔细观察，抓住事物本质的思维品质。 3科学探究： 在对实验的操作中让学生体会到波的特性，并利用小组讨论帮助学生开拓思维，引导学生对实验现象及实验条件进行科学探究，养成良好的思维习惯。 4科学态度与责任： 要勇于探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决波的反射、折射和衍射，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题与活动 1、 【引入新课】 想一想： 我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？ 蝙蝠在飞行的时候，喉内能够产生超声波，超声波通过口腔发射出来。当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时，蝙蝠能够用耳朵接受，并能判断探测目标是昆虫还是障碍物，以及距离它有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式，叫做“回声定位”。 蝙蝠的回声定位 回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。 回声探测仪 在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。 学习活动 探究点一、波的反射 波的反射: 1．定义：波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象． 2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、 法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线的两侧，而且入射角等于反射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同． 现象：波遇到障碍物会返回来继续传播 特点：反射角等于入射角，反射波的波长、频率和波速都和入射波相同 实例：回声、混响 探究点二、波的折射 波的折射 1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象． 2．折射定律：波从第一种介质进入第二种介质分界面处会发生折射现象，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波速跟第二种介质中的波速之比，即 这就是波的折射定律． 现象：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变 现象：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变 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。 折射率 水波的折射 折射定律： 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同 注意： 1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。 2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。 3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。 4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。 波在反射、折射时的频率、波速和波长 探究点三、波的衍射 波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象 1．发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多． 2．关于衍射的两点说明 (1)衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显． (2)衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉和衍射． 水波的衍射实验 在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况（图 甲）。 保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化（图 乙）。 波长一定的水波通过宽度不同的狭缝 现象：水波绕过小孔或障碍物继续传播． 说明: ①衍射是波特有的现象;一切波都能发生衍射． ②衍射现象总是存在的,只有明显和不明显的差异. 观察波长对衍射现象的影响 波长逐渐增大的衍射现象 在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响 结论： 1、 障碍物较大时对波有影响,较小时对波没有影响,即障碍物比较小时能发生明显衍射.窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象 2、窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象． 发生明显衍射现象的条件： 障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波长相差不多. 说明:①障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件.一般情况下,波长较大的波容易产生显著的衍射现象. ②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(称子波)在孔后传播,于是就出现了偏离直线传播的衍射现象. ③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到. 一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象 . 及时性评价 对不同小组的活动效果进行统计，提出小组活动的合理性、科学性等评价。 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 教学反思 （1）成功之处： （2）不足之处： （3）改进措施 第4节《波的干涉》学习活动规划 学习内容 4.波的干涉（包含教材：问题、做一做、思考与讨论、演示、实验、科学漫步，练习与应用） 课型课时 研究型1课时 课时目标 1物理观念： 了解波的叠加原理，波的干涉条件及干涉规律。 2科学思维： 通过对波的叠加及波的干涉现象的学习，培养学生空间想象的思维能力。 3科学探究： 通过观看视频，观察演示实验，体会波的叠加规律及干涉规律，引导学生养生多观察、多思考乐于探究事物本质的学习习惯。 4科学态度与责任： 提升观察能力，养成透过事物的宏观现象，探索其本质的学习习惯。 达成评价 知道波的叠加原理，了解波的干涉条件及干涉现象，并学会利用干涉定律解释生活中的的相关现象。 驱动性问题与活动 2、 【引入新课】 想一想： 在平静的水面上，下落的雨滴激起层层涟漪，形成了复杂而美丽的图案。这种图案是怎样产生的？ 学习活动 探究点一、波的叠加 想一想： 在介质中常常有几列波同时传播。两列波相遇时，会不会像两个小球相碰时那样，改变各自的运动特征呢？ 观察波的叠加现象（观看视频） 在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，在绳上分别产生相向传播的两列波（图甲）。观察两列波的传播情况（图 ）。 波的叠加 波传播的独立性原理或波的叠加原理：各列波在相遇前和相遇后都保持原来的特性(频率、波长、振动方向、传播方向等)不变，与各波单独传播时一样；而在相遇处各质点的振动则是各列波在该处激起的振动的合成. 生活中波的独立传播和叠加 开会时，大家讨论的面红耳赤，会议室内声音特响，但还是能区分出每一个人的说话声音。 几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。 探究点二、波的干涉 想一想： 两列周期相同的波相遇时，在它们重叠的区域里会发生什么现象？我们先观察，然后再作解释。 观察水波的干涉 水槽中，波源是固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。这两个波源发出的是频率相同的波。两列波的振动方向也相同，水面质点的振动都沿上下方向。由于两根细杆是同步振动的，所以它们振动的相位差保持不变（总是0）。 水波干涉图样 水波干涉俯视图样 由观察可知： 这两列波相遇后，在振动着的水面上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开． 水波的干涉图样 1、定义： 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。 2、干涉图样：由波的干涉所形成的图样 把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的． 注意： （1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱． （2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的． 波的干涉的示意图 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇．波峰和波峰、波谷和波谷相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；因此在这一点，始终是两列波干涉的加强点，质点的振动最激烈. 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静． 产生干涉的条件： 两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样．而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件． 产生干涉的条件：两列波的频率必须相同． 注意：一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象． 波的干涉和衍射现象区别 做一做: 声音的干涉 安装两个相同的扬声器，并且使它们由同一个信号源带动，发出相同频率的声音。同学们分成两组，手持不同颜色的标志（如A 组持白，B 组持黑），分散在两个扬声器之间，注意听扬声器发出的声音，并且小范围地移动。A组同学移动到声音最大位置停住，B组同学移动到声音最小（或听不到声音）位置停住。找到位置后都把标志举起，看看A 组和B组同学所在位置的分布有什么规律。 主动降噪技术 噪声会影响我们的日常生活，人们通常在声源处、传播过程中以及人耳处采取措施，以控制噪声。声音是一种波，通过波的干涉能够起到消音的作用。这一原理使我们可以主动出击，通过发出与噪声振幅、频率相同，相位相反的声波来消灭噪声具有主动降噪功能的耳机就是根据这一原理制成的。简单来说，在耳机内设有麦克风，用来收集周围环境中的噪声信号在此基础上，耳机的处理器能够预测下一时刻噪声的情况，并产生相应的抵消声波。为了保降噪质量，耳机内还设有另一个麦克风来检测合成后的噪声是否变小。这时，处理器会根据这个麦克风的测量结果，对处理过程不断优化，进一步降低合成后的噪声音量，达到最佳的降噪效果，使人们更好地欣赏音乐或是进行通信等活动。主动降噪技术使我们摆脱噪声的困扰，它不仅能够营造安静的生活氛围，而且能够在机场等强噪声场景下保护人们的健康。 消声原理 课堂重点知识小结 波的叠加 波的叠加原理: 几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和． 波的干涉 1、波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉． 2、干涉的解释 3、产生干涉的条件:两列波的频率必须相同． 4、一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉和衍射一样都是波特有的现象。 及时性评价 对不同小组的活动进行归纳分析，提出问题研究的合理性、科学性等评价和意见。 作业设计 完成活动凭借。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 1波的叠加。 2波的干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉． 波的干涉 3、产生干涉的条件:两列波的频率必须相同． 4、干涉规律 教学反思 （1）成功之处： （2）不足之处： （3）改进措施 第5节《多普勒效应》学习活动规划 学习内容 5.多普勒效应（包含：问题、演示、思考与讨论，练习与应用） 课型课时 实验型1课时 课时目标 1物理观念： 按照学生的认知规律，设计力求落实新课标的理念，从实验现象激发学生兴趣引出课题，使学生感受奇妙的物理现象。 2科学思维： 探究完多普勒效应中观察音调高低的问题后，前后照应让学生解决引入实验的问题，最后回归生活。 3科学探究： 让学生知道多普勒效应在生活中的应用，提供了一些具体的学生易于理解的案例，巩固和深化了多普勒效应产生的原因，让学生感受物理学研究的成就，培养学生的科学素养。 4科学态度与责任： 让学生知道多普勒效应在生活中的应用，提供了一些具体的学生易于理解的案例，巩固和深化了多普勒效应产生的原因，让学生感受物理学研究的成就，培养学生的科学素养。 达成评价 理解多普勒效应现象的产生原因。知道波源与观察者发生相对运动时，观察者接收到的频率变化的分析。 驱动性问题与活动 观看视频与图片：对多普勒效应产生直观认识 引出多普勒效应的概念：波源与观察者相互靠近或者相互远离时，接收到的波的频率都会发生变化。人们把这种现象叫作多普勒效应（Doppler effect）。 多普勒现象模拟图1 多普勒现象模拟图2 学习活动 探究点一、多普勒效应 蜂鸣器音调的变化 将一个以电池为电源的蜂鸣器固定在长竹竿的一端，闭合开关后听一听它发出的声音。请一位同学用竹竿把蜂鸣器举起并在头顶快速转动（图 ），在几米之外听它的声音有什么变化。 蜂鸣器音调的变化 多普勒效应产生的原因 (1)波源与观察者相互靠近时，单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观察到的频率增加． (2)波源与观察者相互远离时，观察到的频率变小． 声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的． 课内探究对多普勒效应的理解： 当波源与观察者相对静止时，1 s 内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观测到的频率等于波源振动的频率；当波源与观察者相互接近时，1 s 内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观测到的频率增加； 反之，当波源与观察者相互远离时，观测到的频率变小； 多普勒效应分析： 1.波源和观察者相对静止时，观察者接收频率与波源发出频率的关系？ 2.波源和观察者相对运动时？ （1）相互靠近时？ （2）相互远离时？ 结论：当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小 注意： 1.在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化 2.多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应 思考与讨论： 固定在振动片上的金属丝周期性触动水面可以形成水波。当振动片在水面上移动时拍得一幅如图所示的照片，显示出此时波的图样。由照片是否可知，振动片正在向图中哪个方向移动？单位时间内是水波槽左边接收完全波个数多还是右边接收完全波个数多？ 探究点二、多普勒效应的应用 1．修理铁路的工人可以从火车的汽笛声判断火车的运行方向和快慢． 2．交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可知汽车的速度． 3．根据光的多普勒效应，由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率，可以判断遥远天体相对地球的运动速度． 4．应用多普勒效应还可以跟踪人造地球卫星． 5．医疗：医院里用超声波，通过测定反射波的频率变化，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变． 多普勒效应的应用： 测速仪 多普勒天气雷达 多普勒颈脑血液测速仪 多普勒水流测速仪 水下多普勒测速仪 探究点三、多普勒效应处理实际问题 (1)多普勒效应是所接收到的波的频率与波源频率不同的现象，并不是接收到的波的强度发生变化的现象，要正确区分频率和强度这两个物理量． (2)多普勒效应的产生不取决于波源和观察者相距多远，而取决于波源和观察者相对运动速度的大小和方向． (3)波的传播速度不因波源的移动而改变． (4)观察者垂直于波的传播方向移动时，不产生多普勒效应． 例1、(多选)下面说法中正确的是(　　) A．发生多普勒效应时，波源的频率变化了 B．发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化 C．多普勒效应是波源与观察者之间有相对运动时产生的 D．多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的 E．多普勒效应是牛顿首先发现的A.P点到两波源的距离差等于1.5λ 【答案】：BCD 【解析】：当波源与观察者之间有相对运动时会发生多普勒效应，选项C正确；发生多普勒效应时，观察者接收到的频率发生了变化，而波源的频率并没有改变，故选项A错误，选项B正确；此现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，选项D正确． 例2、(单选)公路巡警开车在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的超声波，结果该超声波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的超声波频率比发出的低．此现象属于(　) A．波的衍射　　　　　 B．波的干涉 C．多普勒效应 D．波的反射 【答案】 C 【解析】　巡警车接收到的超声波频率比发出的低，此现象为多普勒效应，选项C正确． 及时性评价 对不同小组的活动进行归纳分析，提出问题研究的合理性、科学性等。 作业设计 完成活动凭借。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 1多普勒效应的定义： 由于波源与观察者相互靠近或者远离时，接收到的波的频率都会发生变化的现象。 多普勒效应 2.多普勒效应是波所特有的现象。波源的频率不变，观察者接收的频率变化，近则变大；远则变小。 教学反思 （1）成功之处： （2）不足之处： （3）改进措施 《机械波》大单元学习评价量规表 评价指标（总分100分） 权重 评价等级及分值 得分 一级指标 二级指标 优良（10-8） 一般（8-6分） 需要改进（6-0分） 生评 师评 小计 活动态度（15%） 学习兴趣 0.5 对本课题有非常浓厚的学习兴趣 对课题有较高的学习兴趣 对课题知识学习兴趣一般 学习态度 1 学习态度认真负责，努力实现预定任务 认真参与，在同伴协助下努力实现预定任务 认真参与，在同伴协助下实现未能预定任务 合作交流（20%） 与人合作 1 主动和同学配合，分工合作，乐于帮助同学 基本能和同学配合，做好自己分内工作 有需要时才和同学合作，喜欢个人学习 与人沟通 1 态度谦虚，认真倾听同学意见，能合作解决问题 会倾听同学意见，基本能和同学合作解决问题 不太喜欢发言和倾听同学意见，不喜欢和同学合作解决问题 收集资料（30%） 资料查找收集整理 1.5 能熟练运用多种搜集方法搜集资料，并有系统有条理整理资料 比较熟练运用多种搜集方法搜集资料，基本能整理好资料 运用的搜集方法单一，不太会整理资料 资源运用 1.5 根据资料内容的需要恰当合理地使用了各种媒体 能使用多种媒体，使用基本合理没有太大的不合理之处 能使用多种媒体但使用不恰当 小组成果展示（35%） 汇报交流 2 物理概念规律运用准确，语句通顺，表情丰富 物理概念规律运用较准确，语句比较通顺 没有使用物理概念规律，过于口语化 自作小实验物件展示 1.5 实验物件内容丰富资料符合课题 实验物件内容较丰富、资料较符合课题 实验物件内容不充分、资料比较单一 总计： 总体评价： www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！第 1 页 共 46 页 学科网（北京）股份有限公司 $$