2022年机械波课程单元教学设计 .pdf

学习必备欢迎下载物理选修 3-4 第十二章机械波单元教学设计一、任务分析1.课程标准(1)通过观察，认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率（周期）的关系。(2)了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。(3) 通过实验，认识波的干涉现象、衍射现象。(4) 通过实验感受多普勒效应。解释多普勒效应产生的原因。列举多普勒效应的应用实例。高考说明解读 ：主题内容要求机械振动与机械波简谐运动简谐运动的公式和图像单摆、周期公式受迫振动和共振机械波横波和纵波横波的图像波速、波长和频率（周期）的关系波的干涉和衍射现象初中教材：初中物理课中只涉及了有关声波的形成和传播的基本知识。各版本教材分析：各版本教材内容编排各具特色，相互借鉴、取长补短、对教学很有帮助。2、本单元在教材中的地位作用及主要内容：波动是一种常见而重要的运动形式。自20世纪初以来，随着电磁波的广泛应用和对微观世界的深入研究， 与波相关的物理学内容的重要性日益突出。在3-4这个模块的学习过程中， 学生将首先通过机械波的学习认识波动的一般规律，进而学习电磁波和光的相关知识。机械波是比学过的圆周运动和机械振动更为复杂的周期运动，也是自然界和生活中广泛存在的运动。 本节在学习圆周运动和机械振动的基础上，进一步深入精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页学习必备欢迎下载学习机械波。 机械波学习的内容是对前面学习的机械振动的拓展与深化，同时也是对机械振动的有关知识起到复习巩固的作用。主要内容： 波的形成和传播；波的图像；波的干涉、衍射、反射和折射；多普勒效应等。3.学习本单元所需要的基础知识:（1）基本概念、基本规律、基本技能、基本思想机械振动的基本知识；矢量叠加原理；三角函数知识；绘制图像的基本步骤和方法；对周期性的理解；观察实验总结实验结论的能力；（2）开展探究实验的基本活动经验会观察分析，推理归纳，会根据科学探究思路（提出问题、猜想、设计实验、进行实验与收集数据、数据分析、得出结论、交流与评估）进行实验探究活动，会分工合作，具有团队意识。（3）三角函数等数学知识和运算技能4.学校、学生情况分析 :对于初中到高中的过度问题我们一定要把握好，怎样突出重点、突破难点、达到提升点需要老师认真研究，一定换位思考， 站在学生的立场考虑问题， 学生的实际情况是教学的出发点和起点。 想办法把抽象的知识具体化， 比如多做实验，让学生多体验、多观察、多参与，多动手、多思考、多讨论，多交流，多总结。5.学校硬件、软件、实验室情况：每个教室都配有多媒体教学系统，对与不便于做演示实验的内容可以用计算机进行演示。本章的所有实验内容实验室均配有相应的实验仪器， 而且演示效果非常理想， 有一些实验可以设计为分组实验，如绳波实验和蜂鸣器实验。二、教学目标（知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观）知识与技能：知道什么是横波，知道波峰和波谷；知道什么是纵波，知道疏部和密部。能区别横波和纵波。知道波的图象的物理意义。理解波长、频率和波速的物理意义。 知道衍射是波特有的现象。 知道波的叠加原理。 知道干涉是波特有的现象。过程与方法，情感态度与价值观：通过实例，知道机械波的形成过程。通过观察， 认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。能运用简谐横波 （正弦波）的图象描述横波， 解决简单的实际问题。 理解波长、频率和波速之间的关系，并会应用这一关系式进行计算和分析问题；通过实例， 了解惠更斯原理， 能用其分析波的反射和折射。 通过实验， 认识波的衍射现象， 知道波发生明显衍射现象的条件。通过实验，认识波的干涉现象。知道产生稳定干涉现象的条件。通过实验感受多普勒效应。 解释多普勒效应产生的原因。 通过列举多普勒效应的应用实例，了解多普勒效应的应用。通过生活实例激发学生的学习兴趣、求知欲望，培精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页学习必备欢迎下载养学生实事求是的科学态度和敢于探究的科学精神，鼓励学生善于利用身边的事和物来学习物理，感受物理学和日常生活之间密切联系，体验“生活处处有物理”，不断提高科学素养。三、重点难点重点：机械波的形成过程；知道波的图象的物理意义。理解波长、频率和波速的物理意义及公式v=f 的含义；波的反射和折射规律；波发生明显衍射现象的条件；产生稳定干涉现象的条件难点：机械波的形成过程；波的图象与质点振动图象的区别；波线、波面的概念；波发生明显衍射现象的条件；产生稳定干涉现象的条件关键点 抓住重点、分散难点；通过做好每一个实验变抽象为直观、变复杂为单一、变定性为定量。四、策略方法教学理念：想办法解放学生的脑、眼睛、手、嘴、时间、空间，让学生有充足的时间、自由的空间来动脑思考、观察分析、体验探究、交流合作，采用多种教学方式， 以实现三维目标的落实， 为学生的发展奠定基础， 为学生的终身发展负责。具体策略第一节波的形成和传播本节讨论的是机械波的产生和传播，定性研究波的一些基本特征。机械波的形成及传播是本节课的重点和难点。学生对波的认识和理解需要一个过程，教学中不可急于求成，应该注意教学方式的选择。要将教师的讲解变为学生的亲身体验和实验观察， 帮助学生运用学生逐步体会和理解本节知识。例如，本节首先要做好绳波演示实验，并指导学生注意观察绳上每个质点开始运动时的状态、先后顺序以及各点是否随波迁移。在此基础上分析绳波的运动，应注意引导学生体会或得到以下结论：先带后，后跟前，振动形式向后传。为了让学生体验感悟机械波，增强学生的参与意识，可在课堂上安排学生完成“做一做”栏目中的活动。可让学生先设计活动方案，然后再进行活动，并注意在活动中及时修改方案。这样的活动既活跃了课堂气氛，又让每个学生都有了亲身体会。在此基础上，老师再引导探究波的传播过程中的规律。注意运用学生已经有的运动学和动力学知识，分析和研究波的基本特征和规律。通过学习，要让学生明确波动与振动的联系和区别。第二节波的图象波的图象是本章的教学重点和难点。 教学中要采用多种教学手段模拟演示各精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页学习必备欢迎下载个时刻的波形，如波动箱或多媒体动画课件，以便于帮助学生在头脑中形成正确的物理图景，同时提高学生的抽象思维能力。波的图象表现的是各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移。对此，学生在初学时并不容易理解，开始时可借助波的图象与某一时刻横波的形状相似，帮助学生进行理解。本节难点是波的图象和振动图象的区别。可以运用多媒体课件将各个不同时刻的波形在同一画面中展现，引导学生认识波的时间和空间周期性，认识波的传播方向、某时刻的波形与该时刻各质点的振动方向三者之间的关系。第三节波长、频率和波速本节课可以继续使用波动箱模拟演示波源振动一个周期形成的波形，并结合多媒体动画课件来帮助学生认识波长。教材中给出的波长定义是从相位的角度给的，可以给学生补充波长的以下几种说法：A在横波中，两个相邻波峰（或者波谷）之间的距离等于波长B在纵波中，两个相邻密部（或者疏部）之间的距离等于波长C经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。经过一个周期 T，振动在介质中传播的距离等于一个波长，从而可以理解波速的概念： .另外，还要区分波的传播速度和每个质点的运动速度。第四节波的衍射和干涉衍射和干涉是波特有的现象， 也是学生后面学习光的衍射的基础，学生往往感到这部分内容抽象复杂， 不易掌握。 教材是按照“观察实验现象，归纳特征而后得出结论”的顺序编写的， 对于波的衍射， 教学的关键仍在于实验的演示、观察和对实验现象的分析。 在波的干涉学习中， 从波的叠加原理到满足相干条件下的干涉现象， 学生对“波是振动形式的传播”的理解得到加深，其中波的相干条件是学习的难点。波的衍射：在教学中要注意创造条件做好实验，并充分利用教科书提供的图片进行讲解。突出实验中观察到的现象，帮助学生从中归纳出结论。波的衍射实验用水波发生器来完成，要反复演示，边演示边引导学生对比观察实验现象。对于波的叠加原理， 教学时可先安排学生讨论并猜想两个小球相碰会观察到什么,两列波相遇会怎样 .做好绳波实验 ,要求学生观察这两列波相遇前、相遇时和相遇后出现的情况，注意观察波的形状变化，然后组织学生讨论并最终结合课本得出波的叠加原理。在学生理解波的叠加原理的基础上，进一步说明在特殊情况下， 即当两列波的频率相同时，叠加的结果就会出现稳定的“干涉图样”。要充分利用实验展示真实的实验现象，在此基础上用多媒体课件或照片进行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页学习必备欢迎下载逐步深入的分析研究，揭示其特征和产生条件。第五节多普勒效应教材内容以蜂鸣器实验引入介绍多普勒效应，让学生充分感受音调的变化。教学过程中也可以给学生提供生活中更加直观的实例，如交通管理中的应用以及医学检查等， 让学生认识生活中有关的物理现象，充分展示物理学的趣味性， 调动学生的学习积极性，激发学生学习物理的兴趣。关于多普勒相应的解释，应把握以下几点：a.声源与观察者相对静止，在单位时间内，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；b声源与观察者相对靠近，在单位时间内，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；c. 声源与观察者相对静止，在单位时间内，观察者所接收到的频率大于声源发出的频率；第六节惠更斯原理学生在初中已经学过有关光的反射、折射以及回声的初步知识，在此基础上，进一步加深对波的特性的理解。本节重点是惠更斯原理， 难点是波面、 波线的概念和用惠更斯原理对波的反射规律和折射规律来进行解释。本节概念比较抽象， 应通过实验演示和日常生活经验来辅助教学。从对实验现象的研究中概括出规律， 再用来解释现象和指导实践， 使学生提高学习兴趣， 感受知识的力量。五、教学资源绳波演示实验横波演示器纵波演示器水波衍射实验水波干涉实验蜂鸣器实验以及部分实验过程的视频资料六、课时结构第一节波的形成和传播1课时第二节波的图象1课时第三节波长、频率和波速2课时第四节波的反射和折射1课时第五节波的衍射1课时第六节波的干涉1课时第七节多普勒效应1课时精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页学习必备欢迎下载机械波高考题分类解析河北裴成明波动问题历来都是高考的热点之一，基本上每年的高考试卷中都要涉及波的问题，其运动形式比较复杂，信息量大，综合性强，对学生理解和推理能力要求较高. 本文就 20XX 年高考对波动问题的考查进行归类解析. 一、对波长的多解的考查例 1、 （20XX 年全国卷）一列简谐横波沿x 轴正方向传播，振幅为A. t=0 时，平衡位置在 x=0处的质元位于y=0处，且向 y 轴负方向运动；此时，平衡位置在x=0.15m 处的质元位于 y=A 处. 该波的波长可能等于（）A. 0.60m B. 0.20m C. 0.12m D. 0.086m 解析：因为波沿正方向传播，且x=0处质点经平衡位置向y 轴负方向运动，故此时波形图为正弦函数图象，则，当 n=0时， =0.60m，A 项正确；当n=1时，=0.12m，C 项正确；当n2时，D 项错 . 则本题的正确答案为AC. 点评：本题只要考查了学生对空间关系的不确定性判断波长的可能性，要求学生能通过渡的空间分布情况找出波长的表达形式，进一步进行讨论. 二、对波的图象的考查例 2、 （20XX 年全国卷）一列简谐横波沿x 轴传播，周期为T，t=0时刻的波形如图1所示. 此时平衡位置位于x 3m 处的质点正在向上运动，若a、b 两质点平衡位置的坐标分别为，则（）A. 当 a 质点处在波峰时，b 质点恰在波谷B. 时， a质点正在向y 轴负方向运动C. 时， b 质点正在向y 轴负方向运动D. 在某一时刻，a、b 两质点的位移和速度可能相同解析：由图可看出波长为4m， t0时刻 x=3m 处的质点向上振动， 可得该波向左传播. 将整个波形图向左平移1.5m 时， a质点到达波峰，此时b 质点正好在平衡位置，与t=0时刻平衡位置在 7m 处的质点振动状态一样，故a 质点到达波峰时，b 质点正在平衡位置并向上振精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页学习必备欢迎下载动，A 错；将图象整体向左平移1m， 即波传播时，a 的振动状态与t=0时刻平衡位置在3.5m处的质点振动状态一样，即处在平衡位置上方并向y 轴正方向运动， B 错；将图象整体向左平移 3m，即波传播时，b 的振动状态与平衡位置在9.5m 处和 1.5m 的质点振动状态一样，即处在平衡位置上方并向y 轴负方向运动，C 对； a、b 质点相隔 3m，即相差，速度相同的质点应该在半周期内才会出现，故D 错. 所以本题的正确答案为C. 点评：此题考查学生对波形图规律的理解. 高考物理以能力测试为主导，考查考生对基础知识、基本技能的掌握程度和运用所学知识分析问题的能力，其中理解能力是解题的关键. 三、对波的图象和振动图象的综合考查例 3、 （20XX 年江苏卷） 一列沿着x 轴正方向传播的横波，在 t=0时刻的波形如图2甲所示 . 图甲中某质点的振动图象如图2乙所示 . 质点 N 的振幅是m，振动周期为s，图乙表示质点（从质点K、L、M、N 中选填）的振动图象. 该波的波速为m/s. 解析： （1）从甲、 乙图可看出波长=2.0m，周期 T=4s，振幅 A=0.8m ；乙图中显示t=0时刻该质点处于平衡位置向上振动，甲图波形图中，波向x 轴正方向传播，则L 质点正在平衡位置向上振动，波速四、对波速、波长以及频率关系的考查例 4、 （20XX 年海南卷）某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆，弹簧振子的弹簧和小球（球中间有孔）都套在固定的光滑竖直杆上. 某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0s 后，单摆才开始摆动. 此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10km和5.0km，频率为 1.0Hz. 假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离. 解析：地震纵波传播速度为：地震横波传播速度为：震源离实验室距离为s，有：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页学习必备欢迎下载，解得：五、对联系实际的问题的考查例 5、（20XX 年重庆卷）某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4km/s 和9km/s. 一种简易地震仪由竖直弹簧振子P 和水平弹簧振子H 组成（图 3）. 在一次地震中，震源地在地震仪下方，观察到两振子相差5s 开始振动，则（）A. P 先开始振动，震源距地震仪约36km B. P 先开始振动，震源距地震仪约25km C. H 先开始振动，震源距地震仪约36km D. H 先开始振动，震源距地震仪约25km 解析：考查地震波有关的知识，本题为中等难度题目. 由于纵波的传播速度快些，所以纵波先到达地震仪处，所以P 先开始振动 . 设地震仪距震源为x，则有，解得：x=36km. 则本题的正确答案为A. 点评：本题为联系实际的题目，考查考生运用波动知识分析问题的能力. 关注科学技术和社会经济的发展以及社会热点问题，仍然是高考的热点. 20XX 年高考中同科技实际联系的试题频频出现，解题方法仍是中学常见的基本方法. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页