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

教学目标

（1）物理观念：知道什么是机械波，能说出机械波的形成条件；能区分横波和纵波，知道什么是波峰和波谷、密部和疏部；

（2）科学思维：通过对绳波形成过程的慢镜头分析与推理，体会“前带后、后跟前”的带动机制，理解介质中各质点依次落后重复波源振动的特点；

（3）科学探究：通过观察彩带舞、绳波演示实验和弹簧纵波演示，经历“观察现象—提出问题—建立模型—得出结论”的探究过程；

（4）科学态度与责任：通过“团体操波浪”体验活动，从波的形成过程体会个体与整体的关系，培养实事求是的科学态度。

教学重难点

教学重点：机械波的形成条件及形成过程；横波和纵波的特征。

教学难点：理解波传递的是振动形式和能量，介质中的质点并不随波迁移。

教学准备

多媒体课件、视频（彩带舞）、长软绳、长软弹簧、团体操波浪视频。

教学流程设计

一 情境导入

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？

播放彩带舞视频，学生观察后讨论：彩带并没有变长，也没有整体移动，但给人的感觉好像是有什么东西在“移动”过去，由此产生认知冲突。

释疑：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。

问题：绳波究竟是怎样形成的？绳上的波浪向前传播时，绳上的每个点也在向前运动吗？

设计意图：从生活实际出发，通过彩带的运动分析引导学生从运动的角度观察，发现彩带本身并未随波迁移，制造认知冲突，引出本节课题。

师生活动：教师播放视频并提出问题，学生观察、思考并发表看法。

二 创设情境，探究发现

（一）波的形成和传播

1 演示实验：观察绳波的产生和传播

取一条较长的软绳，用手握住一端拉平后进行如下操作：

动作一：手端单独向上抖动一次，观察绳上形成一个凸起状“波包”沿绳传出去；

动作二：手端单独向下抖动一次，观察绳上形成一个凹下状“波包”沿绳传出去；

动作三：手端连续向上、向下抖动长绳，观察绳上出现一列凹凸相间的波形持续向前传播，如图1所示；

图1　连续抖动绳端，绳上形成凹凸相间的波形

动作四：在绳上做一个红色标记，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？

实验现象：红色标记只在原位置上下往复振动，并没有随波向绳的另一端移动。

2 分析概括：波的形成过程

为什么会这样？把绳分成许多小段来研究：每一小段可以看成一个个质点，相邻质点之间存在相互作用。用慢动作观察波源振动一个周期内绳上各质点的运动情况，如图2所示。

图2　波源振动一个周期内绳波的形成过程

波源（质点1）最先振动起来之后，由于相邻质点间的相互作用，带动质点2振动起来，不过质点2的振动比波源落后一些；质点2又带动质点3，质点3再带动质点4……这样，波源的振动由近及远依次传播出去，绳上就出现了凹凸相间的波形，如图3所示。

图3　绳上各质点依次被带动，形成凹凸相间的波形

通过动画模拟还可以发现：如果给绳上某个质点涂上颜色标记，波持续传播时，这个质点只在原来的平衡位置附近往复振动，它的振动形式与波源完全一样，只是步调落后了一些。

3 归纳波的传播特点

各质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近做机械振动；后振动的质点总是重复先振动质点的振动，只是时间上落后；各质点振动的振幅、周期、频率都与波源相同；在空间上、时间上，质点由近及远依次振动。

波传递的是，质点本身并不随波迁移。

（二）横波与纵波

1 演示：观察弹簧上形成的波

将一根长而软的弹簧水平放置，在左端沿弹簧轴线方向不断推、拉弹簧，观察弹簧上各圈的运动和波形的变化。可以看到，弹簧上形成了疏密相间的状态，疏密相间处沿弹簧向前传播。

2 横波与纵波的定义与特征

横波：质点的振动方向与波的传播方向的波。横波的特征：凹凸相间，凸起部分的最高点叫波峰，凹下部分的最低点叫波谷，如图4甲所示。绳波就是横波。

纵波：质点的振动方向与波的传播方向的波。纵波的特征：疏密相间，质点分布较密的部分叫密部，质点分布较疏的部分叫疏部，如图4乙所示。沿弹簧传播的疏密波就是纵波，声波也是纵波。