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

年　级

高二年级

学　科

物理

教　师

课　题

第1节  波的形成　（人教版选择性必修第一册 第三章 机械波 第1节）

教 材 分 析

本节是选择性必修第一册第三章第1节，是"机械波"一章的开篇。本节课程是在学习了简谐振动的基础上，来研究机械波的形成与传播规律，从研究一个质点的振动规律到研究多个质点的振动特征，并充分运用现代信息技术平台，以动画模拟横波的产生过程，通过交流、讨论，建立正确的波及相关的物理概念。

教材以章首达·芬奇《论水波》引出"波传形式、不传物质"的命题，以问题栏"彩带上的波浪"制造认知冲突；正文以"演示：观察绳波的产生和传播"为起点，用教材P62 的绳波图建立感性图景，再用教材"横波的形成"示意图揭示"质点间相互作用→依次带动→振动形式依次传出"的机制；随后分设"横波与纵波""机械波"两个板块，最后以"做一做"团体操和"思考与讨论"回到生活情境。

教学建议：紧扣教材原图与原栏目，把演示实验、质点模型、横纵波对比、人浪类比四条线索串成一条认知链，使知识的发生过程与学生的体验过程重合。

学 情 分 析

学生在初中学过声波，在上一章中学生学习了机械振动、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，学生一些错误的主观认知，例如：有同学依据"生活经验"主观上认为波传播方向上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思维。

教学对策：①用彩带、绳波、涟漪、人浪等多种感性素材反复提供表象支撑；②把"质点模型"的建立过程完整呈现，让学生看到抽象化的来路；③用教材"横波的形成"示意图的时刻标定给出定量的"落后"证据，正面击破"质点随波迁移"的迷思。

教 学 目 标

物理观念

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。理解波是振动的传播：波把振动的形式、能量和信息传向远处，而介质本身并不随波迁移。

科学思维

科学思维

知道机械波的形成条件及形成过程，能用"质点模型"把连续的介质抽象为相互联系的质点链；由绳波归纳出"带动、重复、落后"的运动规律，并由此抽象出"波传形式、不传物质"的本质，发展理想化建模与抽象概括能力。

科学探究

科学探究

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。通过绳波演示、质点模型图和横纵波对比活动，学会用"标定—推理—归纳"的方法分析波动现

象。

科学态度 与责任

科学态度 与责任

从达·芬奇对水波与麦浪的观察、从"人浪"和地震波的应用中，体会物理学的简洁与力量；关注地震监测与预警等社会议题，形成关注生命、热爱科学的态度。

教 学 重 难 点

1．重点：理解横波（绳波）的产生过程，知道各个质点的振动形式，即"带动、重复、落后"。

2．难点：波传播的是振动形式、能量和信息，介质质点本身并不随波迁移——即"形式传播、物质不迁移"。

3．突破办法：抓"质点模型"这一核心工具，用教材"横波的形成"示意图标定关键时刻，推出相邻质点的起振时间差；再用团体操"人浪"作生活类比，把抽象结论还原为可体验的直观图景。

教　学　过　程

教师活动

学生活动

导入新课

【情境创设】出示图1 艺术体操"带操"表演图，追问："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？"

图1　艺术体操"带操"表演中的彩带

【史料激趣】引述章首达·芬奇《论水波》："水波离开了它产生的地方，而那里的水并不离开，就像风在田野里掀起的麦浪。麦浪滚滚奔去，麦子却仍旧留在原来的地方。"顺势点题：波究竟把什么传了出去？

【演示激疑】播放绳波演示视频，提出本节课的主线任务：（1）波是怎样形成的？（2）各质点是怎样运动的？（3）波把什么传了出去？

【设计意图】从生活实际出发，激起学生兴趣，引出新课；用"形式与物质"的矛盾激疑，为突破难点搭设认知冲突。

观察彩带图片与视频，先独立思考，再举手表态："会向前运动"或"不会"。

分组交流：为什么麦子不会跟着麦浪跑？把疑问写在学案上。

新课讲授一　机械波的形成条件与质点模型

【演示实验·操作步骤】取一条较长的软绳，用两手握住一端拉平；①手握绳端向上抖动一次，观察到绳上形成一个凸起部分向另一端传去；②向下抖动一次，观察到绳上形成一个凹下部分同样向另一端传去；③连续向上、向下抖动长绳，看到一列波产生和传播的情形；④用红笔在绳上做一个标记，在波传播过程中盯住这个标记。

【建立模型】绳子是连续的，不好研究。把它分成一个个小段，每一小段看做一个个相连的质点，质点之间存在着相互作用力（如图2）。手握绳端上下振动时，绳端带动相邻的质点，使它也上下振动，这个质点又带动更远一些的质点……绳上的质点都跟着振动起来，只是后面的质点总比前面的质点迟一些开始振动。

按步骤操作演示，亲手抖动绳子并盯住红色标记，描述观察到的现象：标记只在其平衡位置附近上下振动，并没有随波跑向另一端。

在图2 上指出"质点"和"质点间相互作用力"，说出"绳端→相邻质点→更远质点"的传递链条。

讨论并回答思考与讨论三问：其余质点均做受迫振动；各质点起振方向都与振源相同；振源停止振动后，已传出的波仍会继续传播下去。

图2　把绳分成很多小段，每一小段看做一个相连的质点

【提炼概念】振动的传播称为波动，简称波；机械振动在介质中的传播称为机械波。波的产生必须同时满足两个条件：波源（能产生振动的物体或物体的一部分，又称振源）和介质（传播振动的媒介物）。缺少任何一个条件，都不能形成机械波。

【方法迁移】回顾上一章的简谐运动：质点做简谐运动时，其位移随时间按正弦规律变化，式中 为振幅、 为角频率、 为初相：

　周期与频率、角频率的关系为：

【思考与讨论】①除振源外，绳上每一个质点都在做什么运动？②绳上各质点开始振动的方向（起振方向）与振源起振的方向有什么关系？③振源停止振动后，波还能继续传播吗？

【设计意图】用演示实验制造认知冲突，用质点模型完成从"连续介质"到"质点链"的第一次抽象，使学生不仅记住结论，而且掌握"分段—建模—分析"的研究路径。

新课讲授二　波的形成过程：带动、重复、落后

【读图标定】呈现教材"横波的形成"示意图，引导学生标定三个关键时刻：在 时刻，质点 到达了最高点，而 则刚要开始运动；质点 到达最高点后又开始下落，当 时它又回到平衡位置，而这时 刚刚到达最高点，质点 则刚要开始运动。

【推理建模】由上述标定可知： 与 相隔两个质点，二者起振时刻相差 ，说明每相邻两个质点的起振时刻差相等，故相邻质点起振的时间差为

【归纳规律】把这一结论与图3 对照，学生自主归纳出波中质点运动的三条规律：带动（前面的质点带动后面的质点振动）、重复（后一质点重复前一质点的振动）、落后（后一质点的振动总比前一质点在时间上落后 ）。

【拓展分析】在 时刻， 已经振动了 ，处在从平衡位置

对照图3 逐个质点标出其起振时刻，动手描出各时刻的波形，与教材原图比对。

小组归纳并填写"带动、重复、落后"三句话，用自己的语言各举一个生活例子。

抢答课堂追问七问，得出：质点不随波迁移；各质点只在平衡位置附近振动；起振方向相同；振幅相等；周期频率与波源相同；振动有先后；波源停止后各质点依次停止。