3.1波的形成 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

《1. 波的形成》教学设计

——人教版（2019）高中物理选择性必修第一册

课时：1 课时（40 分钟）　课型：新授课

一、教材分析

本节是人教版（2019）高中物理选择性必修第一册第二章《机械波》的第1节，是学生认识机械波的起始课。学生在上一章已经学习了机械振动、简谐运动，知道单个质点在平衡位置附近往复运动的规律。本节在此基础上，研究振动如何在介质中由近及远地传播开来，从而形成机械波，为后续学习波的相关知识奠定基础。

教材首先引导学生观察和分析绳波是如何产生与传播的，让学生了解绳波从整体上看是一列凹凸相间的波形在传播，而在个体上看是绳中各质点在各自的平衡位置附近随时间上下振动，各质点在同一时刻位移不同，同一质点在不同时刻位移不同，从而帮助学生初步建立波动的观念。然后根据波的传播方向与振动方向的关系给出横波和纵波的定义，建立波的传播的两种模型。最后给出机械波的概念，通过一定的分析和推理让学生得到形成机械波的条件，从而知道机械波具有哪些主要的物理特征。

机械波的形成过程是本节课的重点和难点，对波的形成的分析和推理凸显对学生科学思维的培育。教学中应注意选择恰当的教学方式，可通过演示实验、动画模拟、小组体验活动等方法为学生提供丰富的感性材料，在学生亲身体验和实验观察的基础上对波动现象进行分析和推理，注意运用学生已有的运动学和动力学知识来分析和研究波的基本特征和规律。

二、学情分析

学生在初中学过声波，在上一章中学习了机械振动、简谐运动，这些都是本节学习的基础。在能力层面上，学生已具备了一定的抽象思维能力和模型建构能力，但更善于形象思维。而且学生又是第一次接触多质点运动，缺乏对多个质点同时又不同步运动的想象，空间想象力与理解力不足。因此，需通过多种形式提供丰富的感性资料，帮助学生从形象化理解波动过程，到建立抽象化的理想模型研究波动过程。

此外，学生还存在一些错误的主观认知，例如有同学依据"生活经验"主观地认为波传播方向上的各个质点在波的传播过程中会随波迁移。这就要求教师要特别重视情境的创设，引导学生从客观的实验规律出发，建立模型，得出结论，培养学生尊重客观规律的科学态度。

三、教学目标（核心素养目标）

（1）物理观念：知道什么是机械波，能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部；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）科学思维：通过观察绳波的形成过程，经历"从整体到局部、从现象到模型"的分析推理过程，理解机械波的形成条件及过程；通过对比质点的振动与波的传播，纠正"质点随波迁移"的错误认识，体会理想模型建构的方法。

（3）科学探究：通过观察和分析演示实验，提出可探究的物理问题；通过"人浪"体验活动，亲身感受波的形成过程，归纳出机械波的形成条件。

（4）科学态度与责任：通过分析生活和技术中的波动现象，认识物理学与生产生活的密切联系，增强学习物理的兴趣；在小组合作体验活动中培养协作精神。

四、教学重难点

教学重点：机械波的形成过程；介质中质点在各自平衡位置的振动情况以及振动以波的形式在介质中的传播。

教学难点：机械波传播的是振动形式和能量，而介质中的质点本身并不随波的传播方向而迁移。

五、教学方法与教学准备

教学方法：演示实验法、讲授法与讨论法相结合、体验活动教学法、多媒体辅助教学法、讲练结合法。

教学准备：较长的软绳、多媒体课件（含艺术体操带操录像、绳波形成过程动画、弹簧中的纵波演示视频、学生"人浪"活动视频）、演示用弹簧（长螺旋弹簧）、红色标记胶带。

六、教学过程（40 分钟）

（一）新课导入（约 3 分钟）

教师活动：播放艺术体操带操表演录像。运动员手持细棒抖动彩带的一端，彩带随之波浪翻卷，波浪状的起伏沿彩带向前传播。

教师提问：同学们，彩带上的波浪向前传播时，彩带上的每个点也在跟着波浪向前运动吗？

学生活动：观察录像，思考并自由发言。

教师引导：有的同学认为彩带上的点会跟着波浪向前跑，有的同学认为不会。波浪到底是什么在传播？这一节课我们就来研究波是怎样形成和传播的。由此引出课题——1. 波的形成。

（二）演示实验：观察绳波的产生和传播（约 10 分钟）

1.实验操作（约 5 分钟）。

教师演示：取一条较长的软绳，用手握住一端拉平后，请一名学生在绳的另一端将绳轻轻拉平，使绳处于自然伸直状态。

动作一：手握绳端单独向上抖动一次，观察看到一个凸起的"波包"沿绳向另一端传去。

动作二：手握绳端单独向下抖动一次，观察看到一个凹下的"波包"沿绳向另一端传去。

动作三：手握绳端连续向上、向下抖动长绳，观察看到一列凹凸相间的波形沿绳向另一端传播。

图1.1-1　手握绳端连续抖动，凹凸相间的波形沿绳传播

教师强调：沿绳传出的凸起和凹下，是绳在传播"振动的状态"，我们把机械振动在介质中的传播叫作机械波，简称波。绳和绳子上的各点就是传播振动的介质。

动作四：在绳上做个红色标记，手握绳端连续向上、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？

学生活动：观察实验现象，思考讨论。

实验现象：红色标记只在原来的平衡位置附近上下振动，并没有随着波向绳的另一端移动。通过动画再次演示以上过程，同样可以观察到红色标记只是上下振动，没有"随波逐流"。

教师提问：为什么会这样？波传播的究竟是什么？

2.波的形成过程分析（约 5 分钟）。

教师讲解：我们用慢动作来分析波的形成。设想把绳分成许多小段，把每一小段看作一个质点，绳上就形成了等间距排列的一列质点P₀、P₁、P₂……相邻质点之间存在弹力的作用。开始时，所有质点都在各自的平衡位置静止。

当波源（手握住的一端，即质点P₀）最先向上运动时，通过弹力带动质点P₁向上运动，质点P₁又带动与之相邻的质点P₂向上运动……由于每个质点的振动都比前一个质点稍迟一些，振动就这样由近及远地依次传播开来。

如图1.1-2所示，波源P₀按正弦规律振动：经过四分之一周期，波源到达正的最大位移处，振动恰好传到质点P₂；经过半个周期，波源回到平衡位置，振动传到了质点P₄；经过四分之三个周期，波源到达负的最大位移处，振动传到了质点P₆；经过一个周期，波源回到平衡位置，振动传到了质点P₈。

图1.1-2　波的形成过程示意图（箭头表示波源该时刻的振动方向）

教师引导学生总结：不难看出，后一个质点总是被前一个质点所带动，依次传递运动形式，这就形成了波。在波的形成过程中，各质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移；波传播的是振动形式和能量。

教师强调：由此可见，形成机械波需要两个条件：第一，要有波源（振动的源头）；第二，要有传播振动的介质。两者缺一不可。

（三）横波和纵波（约 12 分钟）

1.横波（约 5 分钟）。

教师讲解：在上面绳波的实验中，绳上各质点的振动方向与波的传播方向有什么关系？

学生活动：观察图1.1-2，分析发现质点沿竖直方向上下振动，而波沿水平方向传播，两个方向互相垂直。

教师总结：我们把质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波叫作横波。在横波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷。