3.波的图像（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

第3节 波的图像 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 波的图像 教学 目标 物理观念 理解波的图像是某一时刻介质中所有质点偏离平衡位置的位移分布情况，区别于单个质点的振动图像；掌握从波的图像中读取波长、振幅、各质点位移及振动方向的基本方法。 科学思维 能通过“微元法”分析波传播过程中任一质点的振动状态，并推断其下一时刻的位置变化；运用逆向思维与图像转换思想，实现由波形图判断传播方向或振动方向的双向推理。 科学探究 通过模拟实验观察绳波形成过程，绘制不同时刻的波形图，体验波的图像构建过程；在小组合作中设计“判断振动方向”的实验方案，验证“上下坡法”或“带动法”的合理性。 科学态度 与责任 认识到波的图像作为一种理想化模型，在地震波、声波分析中的实际应用价值；培养严谨求实的科学态度，尊重实验数据，勇于质疑与修正错误认知。 教学 重难点 1.知道什么是波的图像，知道图像中纵、横坐标各表示什么物理量，能说出图像中蕴含的信息(重点)。 2.能区别振动图像和波动图像(重点)。 3.根据某一时刻的波的图像和波的传播方向，能画出下一时刻和前一时刻的波的图像，并能指出图像中各个质点在该时刻的振动方向(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：振动图像可以直观、形象地表示振动质点的位移随时间变化的规律。波是否也可以用图像来描述?它是描述哪一个物理量随哪一个物理量变化的规律呢? 学生课前预习，思考问题。 新课讲授 一、波的图像 教师：(播放视频)“我们拍下一张图片，图片中的绳子的像有什么特点?” 学生：类似正弦曲线。 教师：要了解一个物理过程、物理现象和物理规律,最简单、最直接的方式就是利用图像来分析。那么，我们要如何才能得到波的图像呢？ 学生：可以按如下操作进行，如图所示： 操作 1：建系——横坐标x表示平衡位置； 操作 2：描点——把某一时刻所有质点的位置画在坐标系里； 操作 3：连线——用一条平滑的线把图中的所有质点连接起来就是这个时刻的波的图像。 教师：横波的图像形状与波形图相似，所以波的图像也称波形图。例如，某横波的波形图如图所示，大家能说说波往哪边传播的吗？ 学生：不指定波的传播方向时，图像中波可能向x轴正向或x轴负向传播。 教师：以向x轴正向传播为例，波的图像做周期性变化，经过一个周期，波的图像重复一次。 结合前面所学，说说什么是波长？什么是振幅？ 学生：波长：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离；振幅：在波动中，质点偏离平衡位置的最远距离。 师生：共同归纳波长和振幅的有关知识 一、波长(λ) 1.定义：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离。 2.意义：波长反映了波在空间上的周期性。 二、振幅(Α) 1.定义：在波动中，质点偏离平衡位置的最远距离。 2.意义：波所传播能量的直接量度。 3.理解：质点振动一个周期，s=4A。 学生认真观看视频，思考并回答问题。 学生与教师一起，共同归纳波长和振幅的有关知识。 新课讲授 二、质点的振动方向与波传播方向的关系 教师：请同学们小组讨论一下，如何根据波动图像来判断质点振动的方向呢? 学生：判断方法 1：上、下坡法 沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动; “下坡”的质点向上振动。如图所示： 判断方法 2：同侧法 波形图上表示传播方向和振动方向的箭头在图像同侧。如图所示： 判断方法 3：微平移法 假想波沿传播方向传播了一小段距离，根据质点的位移方向判断振动方向。如图所示： 教师：总结得非常好!除了以上三种方法以外，还可以用带动法：前面的质点依次带动后面的质点振动。如图一列简谐横波，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，P′为先振动的质点，在甲图中，P′在P上方，则P向上运动，在乙图中，P′在P下方，则P向下运动。 下图为某一时刻向右传播的横波波形图，请同学们小组合作，回答下列问题： (1)请判断出所有此刻向+y方向运动的质点。 (2)请判断出所有此刻由平衡位置向-y方向运动的质点。 (3)根据振动的知识，请判断图中哪些质点处于速度最大的位置；哪些质点处于加速度最大的位置。 小组讨论，得出根据波动图像来判断质点振动的方向的常用方法。 小组合作，思考并回答问题。 新课讲授 三、振动图像和波动图像的比较 教师：请同学们观察对比下面的两个图像，说说它们有什么区别联系？ 振动图像 波动图像 学生：振动图像：表示介质中某一质点在各个时刻的位移。可以比喻为一个质点在一段时间内的一段“录像”。 波动图像：表示介质中的各个质点在“某一时刻” 的位移。可以比喻为在某一时刻各个质点的一幅“照片”。 师生：归纳总结振动图像和波动图像 教师：如果我们定义机械波在介质中的传播速度为波速,则波速应该如何定义? 学生：根据速度等于位移除以时间,既然机械波在一个周期传播的距离为一个波长,则波速等于波长除以周期,即v波＝＝fλ。 教师：波速由介质决定，与波的频率、波长无关；当机械波从一种介质进入另一种介质时，波的频率保持不变，波长发生改变。 师生：归纳总结波速的有关知识 波速(v) 1.定义：机械波在介质中传播的速度。 2.理解：波速由介质决定，与波的频率、波长无关；因此当机械波从一种介质进入另一种介质时，波的频率保持不变，波长发生改变。 3.基本量关系：v波＝＝fλ。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.如图为以质点P为波源的机械波在绳上传到质点Q时的波形。下列判断正确的是(　　) A.这列机械波为纵波 B.质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上 C.质点Q从平衡位置开始振动时，其运动方向向下 D.机械波传到Q时，质点P恰好振动了1个周期 答案　B 解析　绳上各质点的位移方向与波的传播方向垂直，即质点的振动方向与波的传播方向垂直，所以这列机械波为横波，故A错误；质点Q的起振方向与波源的起振方向相同，波向右传播，质点Q从平衡位置开始振动时，起振方向是向上的，所以质点P从平衡位置开始振动时，其运动方向向上，故B正确，C错误；由图可知，机械波传到Q时，质点P恰好振动了1.5个周期，故D错误。 2.一列横波沿绳子向右传播，某时刻绳子形成如图所示的形状，对此时绳上A、B、C、D、E、F六个质点，下列说法正确的是(　　) A.质点B向右运动 B.质点D和质点F的速度方向相同 C.质点A和质点C的速度方向相同 D.从此时算起，质点B比质点C先回到平衡位置 答案　D 解析　波传播时，各质点只在其平衡位置附近运动，并不随波迁移，A错误；离波源远的质点的振动落后于离波源近的质点的振动，并跟随着近的质点振动，质点D跟随质点C向上运动，质点F跟随质点E向下运动，同理，质点A向下运动，质点C向上运动，由此可知B、C错误；由于此时质点B和质点C都向上运动，所以质点B比质点C先到达最大位移处，并先回到平衡位置，D正确。 3.(多选)一列简谐横波在介质中沿x轴传播，波速为2 m/s，t＝0时的波形图如图所示，P为该介质中的一质点。则(　　) A.该波的波长为14 m B.该波的周期为8 s C.t＝0时质点P的加速度方向沿y轴负方向 D.0～2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1 m 答案　BD 解析　由图可知λ＝12 m，解得λ＝16 m，A错误；由v＝得，T＝＝ s＝8 s，B正确；简谐运动的加速度总指向平衡位置，P点位于y轴负半轴，加速度方向沿y轴正方向，C错误；由于2 s＝，若波向x轴负方向传播，P向远离平衡位置方向振动，在0～2 s内质点P运动的路程有可能小于0.1 m，D正确。 4. (多选)一列简谐横波沿x轴传播，图(a)是t＝0时刻的波形图，P是介质中位于x＝2 m处的质点，其振动图像如图(b)所示。下列说法正确的是(　　) A.波速为2 m/s B.波向左传播 C.波的振幅是10 cm D.质点P在0～7 s时间内运动的路程为70 cm 答案　ABD 解析　由波的图像可知波的波长λ＝4 m，由振动图像可知波的周期T＝2 s，所以波的传播速度v＝＝2 m/s，A正确；由振动图像可知质点P在t＝0时刻经平衡位置向y轴负方向运动，结合波形图由同侧法可知波向x轴负方向传播，即向左传播，B正确；振幅为质点离开平衡位置的最大距离，故由波的图像可知波的振幅A＝5 cm，C错误；质点P在0～7 s时间内，即3.5个周期内通过的路程为s＝3.5×4A＝70 cm，D正确。 课 堂 小 结 本节课从“机械波的形成和传播”出发,以问题和建构为主线,把知识由点引向面,由浅入深进行整合教学。从运动物理量的描述出发,分析机械波的周期性的特点,简单、准确地找到波长、振幅、波速等的定义,体会从复杂到简单的研究方法。 板 书 设 计 第3节 波的图像 一、波的图像 1.波的图像的画法 建系——横坐标x表示平衡位置； 描点——把某一时刻所有质点的位置画在坐标系里； 连线——用一条平滑的线把图中的所有质点连接起来就是这个时刻的波的图像。 2.波长(λ) （1）定义：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离。 （2）意义：波长反映了波在空间上的周期性。 3.振幅(Α) （1）定义：在波动中，质点偏离平衡位置的最远距离。 （2）意义：波所传播能量的直接量度。 （3）理解：质点振动一个周期，s=4A。 二、质点的振动方向与波传播方向的关系 1：上、下坡法 2：同侧法 3：微平移法 4：带动法 三、振动图像和波动图像的比较 1.振动图像：表示介质中某一质点在各个时刻的位移。可以比喻为一个质点在一段时间内的一段“录像”。 波动图像：表示介质中的各个质点在“某一时刻” 的位移。可以比喻为在某一时刻各个质点的一幅“照片”。 2.波速(v) （1）定义：机械波在介质中传播的速度。 （2）理解：波速由介质决定，与波的频率、波长无关；因此当机械波从一种介质进入另一种介质时，波的频率保持不变，波长发生改变。 （3）基本量关系：v波＝＝fλ。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课巧妙地利用初中所学的知识,从运动学的角度出发,建立周期、波长和波速的概念,注重利用科学思想与方法突破重点难点,培养了学生的科学思维、提升了学生建构知识和识图的能力，以及知识迁移与整合的能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $