第二、三章 机械振动机械波 大单元教学设计-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

该高中物理教学设计围绕机械振动与机械波展开，涵盖简谐运动特征、单摆周期、波的形成与传播等核心知识，通过生活实例导入，衔接振动基础，构建从振动到波的知识支架。 资料突出科学探究与模型建构，如单摆测重力加速度实验培养科学思维，波的干涉衍射分析强化科学论证，结合共振、多普勒效应等生活应用渗透社会责任，助力学生提升探究能力，为教师提供结构化教学方案。

安岳实验中学2025年上期高中2024级物理学科学习设计 单元整体设计 单元主题 （课题） 第二章 机械振动 预计课时 课时 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 备课时间 月 日－ 月 日 单元内容 简谐运动 特征 (1)回复力：使振动物体回到平衡位置的力； 表达式：F=-kx。“-”号表示F与x方向相反 (2)位移：以平衡位置为参考点； 随时间的变化规律：正弦函数规律x=Asin(ωt+φ0) (3)运动性质：做变加速运动，具有周期性和对称性 (4)能量：动能和势能之和保持不变 外力作用下的振动 阻尼 振动 振幅逐渐减小； 机械能逐渐转化为内能；能量向四周辐射出去 受迫 振动 (1)系统在驱动力作用下的振动 (2)受迫振动的频率总等于驱动力的频率 (3)共振：驱动力频率等于物体固有频率时，受迫振动的振幅最大 单元学情 高一下期的学生已经具备了一定的科学思维，对物理有一定的学习兴趣，能够主动分析探索物理现象背后的物理知识，为本章的学习奠定了一定基础。 任务目标 (1)通过对弹簧振子的研究，建立简谐运动的模型，能够用图像描述简谐运动。 (2)知道影响单摆周期的因素，能熟练应用单摆的周期公式解决有关问题。 (3)知道受迫振动及其产生的条件，理解共振现象，掌握共振产生的条件，知道常见共振的应用和危害。 重点难点 1.知道描述简谐运动的物理量，会用简谐运动的位移与时间的表达式描述简谐运动。 2.会用动力学的方法，分析简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律。 3.会利用单摆的周期公式测量重力加速度，熟练掌握用图像处理实验数据的方法。 单元效果及反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 1 简谐运动及其图像 第1课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 机械振动及简谐运动、描述简谐运动的物理量及其表达式 学情分析 学生有大量的生活经验，为本节学习奠定了基础 学习目标 1.了解机械振动的概念，理解振动的平衡位置。 2.通过对弹簧振子的研究，建立简谐运动的模型，能够用图像描述简谐运动。 3.知道描述简谐运动的物理量，理解全振动。 4.会用简谐运动的位移与时间的表达式描述简谐运动。 重点难点 1.知道描述简谐运动的物理量，理解全振动(重点)。 2.会用简谐运动的位移与时间的表达式描述简谐运动(重难点)。 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、机械振动 1.机械振动 定义：物体(或物体的某一部分)在某一位置两侧所做的往复运动，叫作机械振动，通常简称为振动。这个位置称为平衡位置。 2.平衡位置：物体原来静止的位置。 二、简谐运动 1.弹簧振子 (1)如图所示，将弹簧上端固定，下端连接一个小球，小球可在竖直方向上运动。弹簧的质量比小球的质量小得多，可以忽略不计，若不计空气阻力，这样的系统称为弹簧振子；其中小球称为振子。 (2)弹簧振子成立的条件： ①不计阻力 ②弹簧的质量忽略不计 ③小球可看成质点 ④小球的振动范围在弹簧的弹性限度内 (3)弹簧振子的位移：相对于平衡位置，由平衡位置指向小球所在的位置，是矢量。 2.弹簧振子的振动图像(x-t图像) 用横轴表示小球运动的时间t，纵轴表示小球相对平衡位置的位移x，描绘出的图像就是位移随时间变化的图像，即x-t图像，如图所示。 3.简谐运动 (1)概念：如果质点的位移与时间的关系严格遵从正弦函数的规律，即它的振动图像是一条正弦曲线，这样的运动叫作简谐运动。做简谐运动的振子称为谐振子。 (2)运动性质：简谐运动的位移随时间按正弦规律变化，所以它不是(填“是”或“不是”)匀变速运动。 (3)简谐运动实例：①弹簧振子的运动②弹簧系着的滑块在气垫导轨上往复运动③音叉叉股上各质点的振动 三、描述简谐运动的物理量 1.振幅 (1)概念：振子离开平衡位置的最大距离。 (2)意义：表示振动强弱的物理量。 2.全振动：如图，如果振子由B→O→B'→O→B，我们就说振子完成了一次全振动。 3.周期：振子每完成一次全振动所用的时间是相同的，这个时间叫作振动的周期。用T表示，在国际单位制中单位是秒(s)。 4.频率：振子完成全振动的次数与所用时间之比叫作振动的频率，数值等于单位时间内完成全振动的次数，用f表示。在国际单位制中，频率的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。 5.周期和频率的关系：f=。周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量，周期越小，频率越大，表示振动越快。 6.相位：描述做周期性运动的物体在各个时刻所处状态的物理量，表示振动步调。 四、简谐运动的表达式 1.表达式：x=Asin(ωt+φ0)=Asin(t+φ0)，其中：x表示振动物体在t时刻离开平衡位置的位移，A为振幅，ω为圆频率，T为简谐运动的周期。 ωt+φ0表示相位的大小，其中φ0是t=0时的相位，叫初相位，简称初相。 2.相位差：两个相同频率的简谐运动的相位的差值，Δφ=φ1-φ2(φ1>φ2)。 (1)同相 两个相同的弹簧振子，周期相同，把它们朝同一方向拉开相同的距离，然后同时放开，则在任意时刻，两个振子处于相同的状态，在简谐运动的表达式中，相位一定相同，我们说它们的振动同相。 说明：两个周期相同的简谐运动，只要它们相位差为2nπ(n=0，1，2，…)，就可以说它们的振动相同。 (2)反相 两个相同的弹簧振子，周期相同，将它们朝相反方向拉开相同的距离，然后同时放开，则在任意时刻，两个振子的位移方向相反，但大小相同，相位一定相差π，我们说它们的振动反相。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 2　简谐运动的回复力及能量 第2课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 简谐运动的回复力、简谐运动的能量转化 学情分析 学生已经从运动学角度认识了简谐运动，为本节奠定了基础 学习目标 1.理解回复力的概念，知道回复力在简谐运动中的特征。 2.会用动力学的方法，分析简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律。 3.会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子振动过程中动能、势能、总能量的变化规律。 重点难点 重点：1.理解回复力的概念，知道回复力在简谐运动中的特征。 2.会用能量守恒的观点分析水平弹簧振子在振动过程中动能、势能、能量的变化规律。 难点：会用动力学方法分析简谐运动中位移、回复力、速度、加速度的变化规律。 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 1、 回复力 1.水平弹簧振子 如图所示，在光滑的水平杆上套着一个小球，弹簧一端固定，另一端连接在小球上，小球可以在杆上滑动。弹簧的质量比小球的质量小得多，可以忽略不计，这样的系统称为水平弹簧振子。 2.回复力 (1)定义：振动的物体偏离平衡位置时，都会受到的一个指向平衡位置的力，这个力叫作回复力。 (2)方向：总是指向平衡位置。 (3)效果：将物体拉回到平衡位置。 3.简谐运动的回复力：做简谐运动的物体受到总是指向平衡位置，且大小与位移成正比的回复力作用。 公式：F=-kx。 说明：(1)k是比例系数，不一定是弹簧的劲度系数。其值由振动系统决定，与振幅无关。 (2)“-”号表示回复力的方向与偏离平衡位置的位移的方向相反。 【注意】1.回复力的性质 回复力是根据力的效果命名的，可能由弹簧弹力、弹簧弹力和重力的合力、静摩擦力提供。它一定等于振动物体在振动方向上所受的合力。 2.简谐运动的加速度 由F=-kx及牛顿第二定律F=ma可知：a=-x，加速度a的大小与位移x成正比，方向与位移方向相反。 3.物体做简谐运动的判断方法 (1)简谐运动的回复力满足F=-kx； (2)简谐运动的振动图像是正弦曲线 二、简谐运动的能量转化 1.简谐运动的能量转化：振动过程中动能和势能相互转化，在转化过程中总和保持不变，即E=Ep+Ek。 (1)在最大位移处，势能最大，动能为零。 (2)在平衡位置处，动能最大，势能最小。 2.决定能量大小的因素 (1)振动系统的机械能跟振幅有关，振幅越大，机械能越大，振动越强。 (2)在简谐运动中，振动系统的机械能守恒，所以简谐运动是等幅振动，是一种理想化模型。 三、简谐运动的周期性与对称性 1.简谐运动的周期性 简谐运动是一种周期性的运动，简谐运动的物理量随时间周期性变化。按其周期性可做如下判断： (1)若t2-t1=nT(n=0，1，2，…)，则t1、t2两时刻振动物体在同一位置，运动情况相同； (2)若t2-t1=nT+T(n=0，1，2，…)，则t1、t2两时刻，描述振动物体运动的物理量(x、F、a、v)均大小相等、方向相反。 2.简谐运动的对称性 如图所示，物体在A、B两点间做简谐运动，O点为平衡位置，OC=OD。 (1)时间的对称 ①物体来回通过相同两点间的时间相等，即tDB=tBD。 ②物体经过关于平衡位置对称的等长的两段路程的时间相等，图中tDB=tBD=tCA=tAC，tOD=tDO=tOC=tCO。 (2)速度的对称 ①物体连续两次经过同一点(如D点)的速度大小相等，方向相反。 ②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时，速度大小相等，方向可能相同，也可能相反。 (3)位移和加速度的对称 ①物体经过同一点(如C点)时，位移和加速度均相同。 ②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时，位移与加速度均大小相等、方向相反。 (4)动能、势能、机械能的对称 ①物体经过同一点(如C点)时的动能、势能、机械能均相等。 ②物体经过关于O点对称的两点(如C点与D点)时的动能、势能、机械能均相等 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 3　单摆 第3课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 单摆及其运动规律、单摆的周期 学情分析 学生已经具备了简谐运动的基础知识，为本节对单摆的分析奠定了基础 学习目标 1.理解单摆模型和单摆做简谐运动的条件，知道单摆振动时回复力的来源(重点)。2.知道影响单摆周期的因素，能熟练应用单摆的周期公式解决有关问题(重点)。 重点难点 知道单摆振动时回复力的来源，能熟练应用单摆的周期公式解决有关问题 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、单摆及其运动规律 1.单摆 (1)定义：如图所示，细线下面悬挂一个小球，若忽略悬挂小球的细线长度的微小变化和质量，且线长比球的直径大得多，这样的装置就叫作单摆。 (2)实际摆看成单摆的条件 ①细线的质量与小球相比可以忽略。 ②小球的直径与线的长度相比可以忽略。 ③摆线的形变量与摆线长度相比可以忽略。 ④空气阻力与摆球的重力及细线的拉力相比可以忽略。 (3)单摆是一种理想化模型。 2.单摆的运动规律 (1)单摆的回复力 如图，一摆球运动至P点时，对摆球受力分析。 ①回复力的来源：摆球的重力沿圆弧切线方向的分力G1(G1=mgsin θ)。  ②回复力的特点：在最大偏角很小的条件下(θ为5°左右)，sin θ≈tan θ≈，其中x为摆球偏离平衡位置O点的位移。单摆的回复力F=-x，令k=，则F=-kx。 (2)单摆的运动规律：在摆角很小时，单摆做简谐运动。 二、单摆的周期 实验探究　单摆的周期和摆长的关系 1.测量单摆周期 把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度释放，使之做简谐运动。当摆球某次通过平衡位置时开始计时，用停表记下摆球通过平衡位置n次所用的时间t(第一次过平衡位置的时间计为零)，因为单摆完成一个周期的振动，经过平衡位置两次，所以有t=T，则T=。 2.探究单摆周期T与摆长l的关系 (1)用刻度尺量出悬线长度l'，用游标卡尺量出摆球直径d，则摆长l=l'+d/2。 (2)改变单摆的摆长，测出不同摆长单摆的周期，把所测数据填入表中。 (3)①以T为纵轴l为横轴，根据表中数据在坐标纸上描点，作出T-l图像。 ②以T2为纵轴，l为横轴，根据表中数据在坐标纸上描点，作出T2-l图像。 (4)分析图像，找出周期和摆长的关系。 周期公式 (1)提出：周期公式是物理学家惠更斯提出的。 (2)公式：T=2π，即周期T与摆长l的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，而与振幅、摆球质量无关。 说明：①单摆的周期公式在单摆偏角很小时(5°左右)成立。 ②公式中l是摆长，即悬点到摆球球心的距离l=l线+r，r为摆球的半径。 ③公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的空间位置决定。 1.图(a)中，甲、乙在垂直纸面方向上摆动起来，甲摆的等效摆长等于乙摆的摆长，用图中信息表示甲摆的等效摆长：lsin α。  2.图(b)中，乙在垂直纸面方向摆动时，其等效摆长等于甲摆的摆长，用图中信息表示乙摆的等效摆长：l1+l2sin α；乙在纸面内小角度摆动时，等效摆长等于丙摆的摆长，用图中信息表示乙摆的等效摆长：l1。  四、单摆模型的拓展 1.类单摆模型 除了前面学习的单摆模型，有些物体的运动规律与单摆的运动类似，该类物体的运动即为类单摆模型。如在光滑圆弧面上来回滚动的小球。在圆弧半径R远大于运动弧长的情况下，小球的运动可以看成简谐运动，周期T=2π。 2.不同系统中的等效重力加速度 在不同的运动系统中，单摆周期公式中的g应理解为等效重力加速度，其大小等于单摆相对系统静止在平衡位置时的摆线拉力与摆球质量的比值。 情景 等效重力加速度 情景 等效重力加速度 情景 等效重力加速度 g等效=g-a g等效= g等效= g等效=g+a g等效=g g等效=g 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 4实验：用单摆测量重力加速度 第4课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 实验：用单摆测量重力加速度 学情分析 学生已经具备一定的动手操作能力，对单摆也有一定的了解。 学习目标 1.进一步理解单摆做简谐运动的条件和单摆周期公式中各物理量的意义。 2.会利用单摆的周期公式测量重力加速度(重点)。 3.熟练掌握用图像处理实验数据的方法(重难点)。 重点难点 1.会利用单摆的周期公式测量重力加速度(重点)。 2.熟练掌握用图像处理实验数据的方法(重难点)。 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、实验原理 当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T=2π，与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g=。因此，只要测出摆长l和振动周期T，就可以求出当地的重力加速度g的值。 二、实验器材 带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1米)、停表、毫米刻度尺和游标卡尺。 三、实验步骤 1.做单摆 取约1 m长的细线穿过带孔的小球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的上端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记。实验装置如图。 2.测摆长 用毫米刻度尺量出摆线长l'，用游标卡尺测出摆球直径d，则单摆的摆长l=l'+。 3.测周期 把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(5°左右)后释放。为了使摆球只在一个竖直平面内摆动，要从静止释放摆球且不要旋转。从摆球某次通过平衡位置时启动停表开始计时，数出摆球通过平衡位置的次数n(摆球第一次通过平衡位置记为零)。用停表记下所用的时间t，则单摆振动的周期T=。 4.改变摆长，重做几次实验。 四、数据处理 1.公式法：每改变一次摆长，将相应的l和T代入公式g=中求出g的值，最后求出g的平均值。 实验次数 l' d l'+ n t g 1 g1== == 2 g2== 3 g3== 2.图像法：由T=2π得T2=l，以T2为纵轴，以l为横轴作出T2-l图像(如图所示)。其斜率k=，由图像的斜率即可求出重力加速度g。 五、误差分析 1.系统误差 主要来源于单摆模型本身是否符合要求。即：悬点是否固定，摆球是否可看作质点，球、线是否符合要求，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动等。 2.偶然误差 主要来自摆长的测量和时间(即单摆周期)的测量。多次测量后取平均值可以减小偶然误差。 六、注意事项 1.选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1 m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2 cm。 2.单摆悬线的上端应夹紧在铁夹中，不可随意卷在铁架台的杆上。 3.注意摆动时控制摆线偏离竖直方向的夹角应很小，5°左右，可通过估算振幅的办法掌握。 4.计算单摆的振动次数时，应从摆球通过最低位置时开始计时，为便于计时，可在摆球平衡位置的正下方作一标记。以后摆球每次从同一方向通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下停表，开始计时计数。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 5　阻尼振动 受迫振动 第5课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 阻尼振动、受迫振动、共振及其应用和防止 学情分析 本节将物理知识与生活实际相联系，让学生能够用物理知识解释生活中的现象。 学习目标 1.知道什么是自由振动和阻尼振动，能用能量的观点进行分析阻尼振动的特点。 2.知道受迫振动及其产生的条件，会分析受迫振动的特点。 3.理解共振现象，掌握共振产生的条件，知道常见共振的应用和危害。 重点难点 会分析受迫振动的特点，理解共振现象及产生的条件，知道常见共振的应用和危害 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、阻尼振动 1.阻尼振动：振动逐渐减弱，即振幅逐渐变小，振动能量逐步转变为其他能量的振动。其振动图像如图所示。 2.自由振动与固有频率 (1)自由振动：系统不受外力作用，只在自身回复力作用下的振动。 (2)固有频率：自由振动的频率。固有频率由系统本身的特征决定。 (3)无阻尼振动：理想情况下(即不受任何阻力，没有能量损耗)自由振动的振幅保持不变的振动。 阻尼振动中，在振幅逐渐减小的过程中，振动系统的周期和频率会发生变化吗？ 答案　不变。振动系统的周期和频率是由振动系统本身决定，与振幅大小无关。 二、受迫振动 如图所示的实验装置为一挂在曲轴上的弹簧振子，匀速摇动手柄，下面的弹簧振子就会振动起来，若不转动手柄，振子自由振动时在10 s内完成10次全振动。实际动手做一下，然后回答以下几个问题： (1)如果手柄不动而用手拉动一下振子，弹簧振子的振动从振幅角度看属于什么振动？从没有系统外力作用角度看属于什么振动？ (2)在匀速摇动手柄的过程中，观察振幅是否变化？为什么？ (3)用不同的转速匀速转动手柄，弹簧振子的振动快慢有何不同？这能说明什么问题？ 答案　(1)阻尼振动　自由振动　(2)振幅不变。外力作用于振动系统，补偿系统损失的能量。 (3)转速大时弹簧振子振动得快。说明弹簧振子振动的周期和频率由手柄转速决定。 1.驱动力 作用于振动系统的周期性的外力。 2.受迫振动 (1)定义：系统在驱动力作用下的振动。 (2)受迫振动的频率(周期) 物体做受迫振动达到稳定后，其振动频率总等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关。 三、共振及其应用和防止 1.共振 驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大，这种现象称为共振。 2.共振曲线(如图所示) 说明：f=f0时发生共振；f>f0或f<f0时，f与f0相差越大，振幅越小。 3.共振的应用和防止 (1)应用： 要利用共振，应尽量使驱动力的频率与物体的固有频率一致。如：共振筛、荡秋千、共振转速计等。 (2)防止： 防止共振危害时，要尽量使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差越大越好。如：部队过桥应便步走。 说明：共振是物体做受迫振动时的一种特殊现象。 作业设计 教学反思 单元整体设计 单元主题 （课题） 第三章 机械波 预计课时 课时 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 备课时间 月 日－ 月 日 单元内容 波的 形成 (1)形成：前面的质点带动后面的质点，将振动形式传播出去 (2)条件：波源(振源)、介质，二者缺一不可 (3)特点：传播振动形式、传递能量和信息，质点不随波迁移 (4)分类：按机械波传播方向与质点振动方向的关系分为横波和纵波 波的 描述 (1)波长λ：一个周期传播的距离 (2)频率f(周期T)：由波源决定 (3)波速v：由介质决定 (4)关系：v=λf或v= (5)图像：正弦曲线；表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移 波的 传播 (1)反射和折射 (2)叠加原理：几列波相遇时保持各自的振动状态，各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 (3)干涉：频率相同、相位差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱的现象 (4)衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。只有在缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大小跟波长相差不多或者比波长小的情况下，才能观察到明显的衍射现象 (5)多普勒效应：是由波源与观察者相对运动(距离变化)产生的，一切波都能发生多普勒效应 单元学情 高一下期的学生已经具备了一定的科学思维，对物理有一定的学习兴趣，能够主动分析探索物理现象背后的物理知识，为本章的学习奠定了一定基础。 任务目标 波的 图像 (1)图像信息：波长；各质点的位移大小和方向；各质点的振幅 (2)波的传播方向和各质点的振动方向互判 波动 形式 (1)波动的产生原因、过程 (2)波动的时间周期性、空间周期性 重点难点 1.理解波的图像的物理意义，能从波的图像中找出各物理量信息 2.会根据波的图像，熟练运用不同的方法判定波的传播方向和质点的振动方向 3.理解波的叠加原理，会根据波的叠加原理判断振动加强点和振动减弱点知道形成稳定干涉图样的条件，认识干涉图样 4.能用波的干涉、衍射、多普勒效应知识解释相关物理现象。 单元效果及反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 1 机械波的形成和传播 第1课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 机械波的形成和传播、横波与纵波 学情分析 学生已经掌握了机械振动的基本知识，为本节奠定了基础 学习目标 1.通过观察波的产生和传播，认识波的形成过程，知道机械波的产生条件和传播特点。2.知道横波和纵波的概念，能够区别横波和纵波。 重点难点 通过观察波的产生和传播，认识波的形成过程，知道机械波的产生条件和传播特点 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、机械波的形成和传播 1.绳波的形成 (1)如图，绳上的各小段可以看作质点。由于绳的各部分之间有弹力作用，所以当手抖动绳的一端，紧靠这一端的质点向上运动时，它就会带动相邻的质点向上运动，这个质点又带动更远一些的质点，依次传递下去。 (2)每一个质点都在重复绳端的振动，后一个质点的运动状态总是滞后于前一个质点的运动状态。结果手抖动引起的振动就不限于绳的这一端，而是沿绳向另一端传去，振动状态在绳上的传播就形成了波。 2.机械波 (1)定义：机械振动在介质中的传播就形成了机械波。 (2)产生条件：①波源；②要有传播振动的介质。 说明：①介质：能够传播振动的物质。 ②波源：产生初始振动的部分通常叫作波源。 (3)机械波的特点： ①机械波是机械振动这一运动形式(包括波源的振动信息)的传播，介质本身并没有沿着波的方向发生迁移。 ②波是传递能量的一种方式。 ③波可以传递信息。 【讨论交流】 1.绳上各质点开始振动的方向(起振方向)与波源的起振方向有什么关系？绳上各质点的振动与波源的振动有什么关系？ 答案　绳上各点的起振方向与波源的起振方向相同。每一个质点都在重复波源的振动，即各质点开始振动的方向、振动的性质、频率、振幅都与波源相同。 2.波源振动停止后，波还能继续传播吗？ 答案　能够继续传播。 1.波动过程中介质中各质点的运动特点 波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述： (1)先振动的质点带动后振动的质点； (2)后振动的质点重复前面质点的振动； (3)后振动的质点的振动状态滞后于先振动的质点的振动状态。 概括起来就是“带动、重复、滞后”。 2.振动和波动的联系 (1)振动是波动的原因，波动是振动的结果；有波动必然有振动，有振动不一定有波动。 (2)波动中各质点振动的性质、频率和振幅与波源相同。 二、横波与纵波 1.横波 (1)若介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直，这种波称为横波。 (2)波峰与波谷：在横波中，凸起来的最高处叫波峰，凹下去的最低处叫波谷。 (3)横波只能在固体中传播。 2.纵波 (1)若介质中质点的振动方向与波的传播方向平行，这种波称为纵波。 (2)密部与疏部：在纵波中，介质中质点分布密集的部分叫作密部，质点分布稀疏的部分叫作疏部。 (3)纵波可在固体、液体、气体中传播。 3.几种常见的机械波 (1)绳波是横波。 (2)声波是纵波。 (3)地震波、沿水面传播的水面波中既有横波，又有纵波。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 2　波速与波长、频率的关系 第2课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 波长、振幅、频率、波速的理解；波速公式的理解应用 学情分析 学生已经明确了波在介质沿传播方向匀速传播，对本节理解较为容易 学习目标 1.知道波长、振幅、频率的概念及物理意义(重点)。 2.理解波长、频率和波速的关系，知道三者的决定因素，并会进行相关计算(重难点)。 重点难点 理解波长、频率和波速的关系，知道三者的决定因素，并会进行相关计算 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、波长、振幅与频率 1.波长 (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(包含一个“完整的波”)，叫作波的波长，常用λ表示。 (2)确定方法 ①如图甲，在横波中，任意两个相邻的波峰或波谷之间的距离等于波长。 ②如图乙，在纵波中，任意两个相邻的密部或疏部之间的距离等于波长。 甲　　　　　　　　　　乙 (3)物理意义 波长反映了波在空间上的周期性，其大小由波源和介质决定。 2.振幅 (1)定义：在波动中，各质点离开平衡位置的最大距离，即其振动的振幅，也称为波的振幅。 (2)意义：波的振幅大小反映波所传播能量的大小。 (3)特点：只沿一个方向传播的简谐波，沿传播方向上各质点振幅都相等。 3.频率 (1)波的频率：波在传播过程中，介质中各质点振动的频率都相同，这个频率也称为波的频率。 (2)特点：波的频率在数值上等于单位时间内通过某点的“完整的波”的数目。 (3)决定因素：波的频率等于波源振动的频率，与介质的种类无关。 (4)与周期的关系：f=。 对波长的理解 1.波长在数值上等于一个周期内振动在介质中传播的距离，波源振动一个周期，能且仅能产生一个波长的波形。 2.相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相同，而且振动速度的大小和方向也相同，即相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动状态相同。 二、波速 1.定义：机械波在介质中的传播速度。 2.波长、周期、频率和波速的关系 (1)在波源振动的一个周期T内，振动向外传播一个波长λ的距离。 (2)关系式：v==λf。 3.决定因素：由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同(选填“相同”或“不同”)的。 针对训练　(来自教材)如图所示，S点是波源，其振动频率为100 Hz，所产生的横波向右传播，波速为80 m/s，P、Q是波传播方向上的两个质点，已知SP=4.2 m，SQ=5.4 m。当S通过平衡位置向上运动时，下列说法正确的是(　　) A.P在波谷，Q在波峰 B.P在波峰，Q在波谷 C.P、Q都在波谷 D.P、Q都在平衡位置 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 3　波的图像 第3课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 横波的图像、波的图像与振动图像的比较 学情分析 学生已经熟练掌握了三角函数的知识，为本节奠定了数学基础 学习目标 1.理解波的图像的物理意义，能从波的图像中找出各物理量信息(重点)。 2.会根据波的图像，熟练运用不同的方法判定波的传播方向和质点的振动方向。 3.知道波的图像和振动图像的区别与联系(重点)。 重点难点 理解波的图像的物理意义，能从波的图像中找出各物理量信息并熟练运用不同的方法判定波的传播方向和质点的振动方向。 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、横波的图像 1.波的图像的建立 如图甲所示是根据一根绳上横波的照片画出的图，记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。在图乙中，用横坐标x表示在波的传播方向上绳中各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻绳中各质点偏离平衡位置的位移。规定位移向上时y取正值，向下时y取负值。在xOy坐标平面上，描出该时刻各质点的位置(x，y)，用平滑曲线将各点连接起来，就可以得到这一时刻绳子上波的图像。 2.波的图像的物理意义 波的图像直观地表示了各振动质点在某一时刻的位置。 3.正弦波 波的图像有时也称为波形图，简称波形。波形图是正弦曲线的波，称为正弦波，又叫作一维简谐波。 二、质点振动方向与波的传播方向的关系 1.带动法：后面质点依次重复前面质点的振动。 2.微平移法：如图所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间Δt后的波形如虚线所示，由图可见t时刻的质点P1(P2)经Δt后运动到P1'(P2')处，这样就可以判断质点的运动方向了。 3.同侧法：在波的图像上的某一点，沿y轴方向画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点沿x轴方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧(如图所示)。 4.上下坡法：沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”(如图所示)。 三、波的图像与振动图像的比较 比较项目 振动图像 波的图像 物理意义 表示某一质点在各时刻的位移 表示某时刻各质点的位移 研究对象 一个振动质点 沿波传播方向的所有质点 研究内容 一个质点位移随时间变化的规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图像 图像随时间变化情况 随时间延伸，原有部分图形不变 整个波形沿波的传播方向平移，不同时刻波形一般不同 比喻 单人舞的录像 抓拍的集体舞照片 图像形状 正弦曲线(简谐波) 可获得的信息 质点振动的振幅及位移、加速度的大小和方向变化 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 专题强化 波的传播的综合问题 第4课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 振动图像与波的图像的综合应用、波的多解问题 学情分析 学生已经对振动图像、波动图像、波的周期性有一定了解，为本节奠定了基础 学习目标 1.学会处理质点振动与波的传播的综合问题(重点)。 2.理解波的传播的周期性、双向性，会分析波的多解问题(重难点)。 重点难点 会处理质点振动与波的传播的综合问题，理解波的传播的周期性和双向性，会分析波的多解问题 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、波的传播与质点振动的综合问题 例1　如图甲所示，一根弹性绳沿x轴方向放置，左端在原点O，用手握住绳的左端使其沿y轴方向做周期T=2 s的简谐运动，在绳上形成一列简谐波，M、N为绳上的两质点，其平衡位置坐标分别为xM=1 m，xN=4.5 m，从波传到M质点开始计时，求： (1)该机械波传播速度的大小； (2)在图乙中画出波刚传播到质点N时的波形图； (3)经多长时间N质点第一次到达波峰。 1. Δt后波形图的画法 (1)平移法：算出波在Δt时间内传播的距离Δx=vΔt，把波形沿波的传播方向平移Δx。如果Δx较大，可化为Δx=nλ+Δx'(n=1，2，3…)，由于波的空间周期性，可以去整留零，只需平移Δx'即可，平移波形后一定要注意把图像补画完整。 (2)特殊点法：找出波形图一个波形中相邻的几个特殊点(如波峰、波谷、平衡位置等点)，画出这些特殊点在Δt时刻的位置，然后用正弦曲线连起来画出波形图，如果Δt较长，可先表示为Δt=nT+Δt'(n=1，2，3…)。由于时间的周期性，可以去整留零，只需画出特殊点在Δt'时刻的波形图。特殊点法适用于特殊时间，Δt或Δt'必须为T的整数倍才易确定特殊点的位置来画波形图。特殊点法画波形图较为简单易行。 2.求波传到某点(或第一次到达波峰、波谷等)时间的方法： (1)计算出波(或第一个波峰、波谷等)到该点距离Δx。由=Δt，求出到达时间。 (2)由=n，得出Δt=nT。 二、波传播的周期性和双向性 1.波的周期性可形成多解 (1)时间周期性：t时刻与t+nT(n=1，2，3…)时刻的波形完全重合，即同一波形图可能是不同时刻形成的，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解。 (2)空间周期性：平衡位置相距nλ(n=1，2，3…)的两点振动步调相同，将某一波形沿波的传播方向平移nλ(n=1，2，3…)的距离，平移后的波形与原波形完全重合。若题目中没有给定传播距离与波长的确切关系，则会引起答案的不确定性。 例2　(2024·泸州市高二期末)水平面有一沿x轴正方向传播的简谐横波，如图所示的实线和虚线分别是t=0和t=4 s时的波形图。 (1)若已知波速v=2 m/s，求该波波长的最大值； (2)若已知波长λ=4 m，求该波波速的可能值。 答案　(1)32 m　(2) m/s(n=0，1，2，3，…) 2.波的传播方向的双向性可形成多解 只要没有指明机械波沿哪个方向传播，就要讨论两个方向的可能性。 例3　一列沿x轴传播的简谐横波，t=0时的波形如图中实线所示，t=0.5 s时的波形如图中虚线所示，求： (1)该简谐横波的传播速度； (2)x轴上的质点随波振动的周期。 解析　(1)若波沿x轴正方向传播，则传播的距离为Δx=nλ+λ=(4n+3) m(n=0，1，2，3…) 则波速为v==(8n+6) m/s(n=0，1，2，3…) 若波沿x轴负方向传播，则传播的距离为Δx=nλ+λ=(4n+1) m(n=0，1，2，3…) 则波速为v==(8n+2) m/s(n=0，1，2，3…) (2)若波沿x轴正方向传播，则周期为T== s(n=0，1，2，3…) 若波沿x轴负方向传播，则周期为T== s(n=0，1，2，3…)。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 4　波的反射与折射 第5课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 波的反射现象、波的折射现象、应用回声测距 学情分析 学生在初中学习过光的反射与折射，对本节的学习打下了坚实基础 学习目标 1.通过观察实验及生活现象，知道波的反射现象，了解波的反射定律。 2.通过实验知道波的折射现象，了解波的折射定律。 重点难点 知道波的反射现象，了解波的反射定律 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、波的反射现象 1.波面和波线 (1)波面：从波源发出的波经过相同传播时间到达的各点所组成的面，也就是相位相同的点组成的面，称为波阵面，简称波面。 波面是球面的波称为球面波，波面是平面的波称为平面波。 (2)波线：用来表示波的传播方向的线称为波线，波线与各个波面总是垂直的，如图甲、乙所示。 2.反射现象：波在传播的过程中，遇到两种介质的界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。 3.反射规律：机械波在两种介质的界面处要发生反射，反射波线与入射波线、法线位于同一平面内，反射波线与入射波线位于法线的两侧；反射角等于入射角。 在波的反射现象中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 答案　在波的反射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射时波在同种介质中传播，波速相同，由v=λf可知，波长也相同。 回声测距的三种情况 1.当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为s=v声·。 2.当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声+v)·。 3.当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声-v)·。 二、波的折射现象 1.波的折射：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射。 2.水波的折射：水波从深水区进入浅水区时，频率保持不变，但水波在深水区的传播速率比在浅水区快，所以水波在深水区传播时的波长比在浅水区时长。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 5　波的干涉与衍射 第6课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 波的叠加原理、波的干涉现象、波的衍射现象 学情分析 干涉内容较为抽象，对学生理解掌握有一定难度 学习目标 1.理解波的叠加原理，会根据波的叠加原理判断振动加强点和振动减弱点(重难点)。 2.通过实验知道形成稳定干涉图样的条件，认识干涉图样(重点)。 3.通过实验知道波的衍射现象和波发生明显衍射现象的条件(重点)。 4.能用波的干涉、衍射知识解释相关物理现象。 重点难点 知道形成稳定干涉图样的条件，会根据波的叠加原理判断振动加强点和振动减弱点 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、波的叠加原理 1.波的独立传播：介质中的几列波相遇后，仍将保持各自原有的特性继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化。 2.波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。 对波的叠加原理的理解 波的叠加原理是波具有独立传播性的必然结果，由于总位移是几个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。如图(a)所示，两列同相波的叠加，振动加强，合振幅增大；如图(b)所示，两列反相波的叠加，振动减弱，合振幅减小。 二、波的干涉现象 1.波的干涉：频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动加强，另一些区域的质点振动减弱，并且这两种区域互相隔开、位置保持不变。这种稳定的叠加现象(图样)叫作波的干涉。 2.干涉条件：频率和振动方向相同。 3.干涉图样及特点 (1)干涉图样：如图所示。 (2)特点 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。 ③加强区与减弱区互相间隔。 (3)振动加强点和振动减弱点 ①振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，即A=A1+A2。 ②振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，即A=|A1-A2|。 4.振动加强点和振动减弱点的分布规律 当振动频率相同、振动情况完全相同的两列波相互叠加时： (1)振动加强点到两波源的路程差满足Δx=|x2-x1|=kλ(k=0，1，2，3…)。 (2)振动减弱点到两波源的路程差满足Δx=|x2-x1|=(2k+1)·(k=0，1，2，3…) 注意：若两列波振动步调相反，则上述结论相反。 思考：在波的干涉现象中，能不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终为零？为什么？ 答案　不能，振动加强(减弱)点是指质点的振幅最大(小)，而不是指振动的位移最大(小)，因为位移是在时刻变化的，加强点和减弱点的位移均可以为零，只有发生干涉的两列波振幅大小相等，减弱点位移才始终为零。 三、波的衍射现象 如图为水波遇到不同大小的小孔时的传播情况。 (1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔的尺寸，观察到的现象有什么变化？ (2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？ 答案　(1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。 (2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能绕过障碍物继续向前传播。 【总结】 1.波的衍射：波能够绕到障碍物的后面传播的现象。 2.发生明显衍射现象的条件：当缝的宽度或障碍物的尺寸大小跟波长相差不多或比波长小时，就能观察到明显的衍射现象。 3.波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。 思考：当小孔或障碍物的尺寸比波长大得多时，波是否能发生衍射？ 答案　能，但现象不明显。 作业设计 教学反思 课时分解设计 课时主题 （课题） 6　波的图像 第7课时 授课时间 月 日－ 月 日 主备人 侯均 审核人 蒋晓兵 授课人 授课班级 学习内容 多普勒效应、多普勒效应的应用 学情分析 在生活中有常见的与多普勒效应有关的现象，学生理解起来更为容易 学习目标 1.通过观察和分析知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应的形成原因(重点)。 2.了解多普勒效应在生活中的应用，会用多普勒效应解释一些物理现象。 重点难点 知道什么是多普勒效应，理解多普勒效应的形成原因 教 学 过 程 集体备课（备好各环节的任务、活动等） 个备（红笔手写） 一、多普勒效应 警车鸣笛从你身边飞速驶过，对于警车向你靠近和警车远离的过程，你会听到警笛的声音在变化。思考下列问题： (1)你听到警笛的音调有何不同？ (2)实际上警笛的音调会变化吗？ (3)听到音调发生变化的原因是什么？ 答案　(1)警车驶来时，音调变高；警车远离时，音调变低； (2)实际上警笛的音调不会变化； (3)警车与观察者如果相互靠近，观察者接收到的频率增加；二者如果相互远离，观察者接收到的频率减小，因此会感觉警笛音调变化。 1.多普勒效应：当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同的现象。 2.多普勒效应产生的原因 (1)波源S与观测者A相对于介质都静止时，观测者单位时间内接收到的完整波的数目与单位时间内波源发出的相同，所以，观测者接收到的频率和波源的振动频率相同。 (2)当观测者与波源二者相互接近时，接收到的频率将大于波源振动的频率；当二者远离时，接收到的频率将小于波源振动的频率。 只要观察者与波源发生相对运动，就会产生多普勒效应，这种说法对吗？为什么？ 答案　不对，如果观察者绕着波源做圆周运动，虽然两者间发生了相对运动，但观察者接收的频率与波源发出的频率依然相等，并未发生多普勒效应。 1.相对位置变化与频率的关系 相对位置 图示 结论 波源S和观察者A相对静止 f观察者=f波源音调不变 波源S不动，观察者A运动，由A→B或A→C 若靠近波源，由A→B，则f观察者>f波源，音调变高；若远离波源，由A→C，则f观察者<f波源，音调变低 观察者A不动，波源S运动，由S→S' f观察者>f波源音调变高 2.成因归纳 (1)根据以上分析可以知道，发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动，且两者间距发生变化。 (2)发生多普勒效应时，波源的频率保持不变，只是观察者接收到的频率发生了变化。 二、多普勒效应的应用 1.利用超声波检测血流速度：将超声波辐射到体内，它被流动的血液反射，回波发生频率的变化，根据频率变化量可得出血液流速信息；再给血流信号加上色彩，显示在屏幕上，即可实时观察体内血流状态，这就是现在所说的彩色超声波检测仪，简称彩超。 2.在天文学上，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于地球的运动速度。当星球靠近我们时所观察的现象称为“蓝移”现象，远离时称为“红移”现象。 3.测速度：交警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。利用多普勒测速仪还可以测量水在海底的流速，为养殖场寻找适合贝类生长的场所。 作业设计 教学反思 1 学科网（北京）股份有限公司 $