第一節波的形成和描述
三維教學目標
1、知識與技能
（1）知道直線上機械波的形成過程；
（2）知道什麼是橫波，波峰和波谷；
（3）知道什麼是縱波，密部和疏部；
（4）知道「機械振動在介質中傳播，形成機械波」，知道波在傳播運動形式的同時也傳遞了能量。
（5）知道波的圖象，知道橫、縱座標各表示什麼物理量，知道什麼是簡諧波；
（6）知道什麼是波的圖象，能在簡諧波的圖象中讀出質點振動的振幅；
（7）根據某一時刻的波的圖象和波的傳播方向，能畫出下一時刻和前一時刻的波的圖象，並能指出圖象中各個質點在該時刻的振動方向；
（8）了解波的圖象的物理意義，能區別簡諧波與簡諧運動兩者的圖象。
2、過程與方法：通過實驗演示、觀察、分析，培養學生進行科學探索的能力。從而，培養學生的空間想象能力和思維能力。
3、情感他、態度與價值觀：
教學重點：機械波的形成過程及傳播規律及波的圖象認識及畫波形圖。
教學難點：機械波的形成過程及傳播規律及波的圖象的物理意義
教學方法：實驗探索和計算機輔助教學。
教學教具：絲帶、波動演示箱、水平懸掛的長彈簧、音叉、波動演示儀（－）引入新課
演示：抖動絲帶的一端，產生一列凹凸相間的波在絲帶上傳播，在這個簡單的例子中，我們接觸到一種廣泛存在的運動形式——波動，請同學們再舉出幾個有關波的例子。（水波、聲波、無線電波、光波。）
水波、聲波、**波都是機械波，無線電波、光波都是電磁波。這一章我們學習機械波的知識，以後還會學習電磁波的知識。
（二）進行新課
現在學習第一節，波的形成和傳播。
1、波的形成和傳播
演示：撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產生一列疏密相間的波沿彈簧傳播；
演示：敲擊音叉，聽到聲音，這是聲波在空氣中傳播（指明，雖然眼睛看不到波形，但它客觀存在，也是疏密相間的波形）
（1）波產生的條件：波源；介質。（為研究波的形成奠定基礎）
（2）波是怎樣形成的呢？為什麼會有不同的波形？波傳播的是什麼呢？（設定疑問，激發學生的**慾望）
實驗探索：探索波的形成原因和傳播規律：
實驗1：學生分組實驗：每兩人一條絲帶（60cm左右），觀察絲帶上凹凸相間的波。
實驗步驟：
（1）將絲帶一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖動，在絲帶上產生一列凹凸相間的波向另一端傳播。
（2）在絲帶上每隔大約2~3cm用墨水染上乙個點，代表絲帶上的質點。
重複步驟（1），觀察絲帶上的質點依次被帶動著振動起來，振動沿絲帶傳播開去，在絲帶上形成凹凸相間的波。
思考：絲帶的一端振動後，為什麼後面的質點能被帶動著運動起來如果將絲帶剪斷，後面的質點還能運動嗎
分析：絲帶上凹凸相間的波形是怎樣產生的可以參閱課本第3頁）
觀察：絲帶上的質點是否隨波向遠處遷移
實驗2：觀察波動演示器上凹凸相間的波：（因器材有限，可以教師操作，引導學生注意觀察）
實驗步驟：
（1）逆時針轉動搖柄，演示屏上的質點排成一條水平線。（表示各質點都處在平衡位置）
（2）順時針轉動搖柄，各個質點依次振動起來。（注意觀察各個質點振動的先後順序）
現象： ①後面的質點總比前面的質點開始振動的時刻_______，從總體上看形成凹凸相間的波。
②各質點的振動沿________方向，波的傳播沿_______方向，質點振動方向與波的傳播方向_______。
③質點是否沿波的傳播方向遷移？_______
這種波叫做橫波，在橫波中凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷。
實驗3：觀察彈簧上產生的疏密相間的波。
實驗步驟：
（1）撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產生一列疏密相間的波沿彈簧傳播。
（2）在彈簧上某一位置系一根紅布條，代表彈簧上的質點，重複步驟（1）。
觀察：紅布條是否隨波遷移？________說明了什麼
分析：彈簧上疏密相間的波形是怎樣產生的模擬絲帶上波產生的分析方法，鍛鍊學生的知識遷移能力）
實驗4：觀察波動演示器上疏密相間的波：
實驗步驟：
（1）逆時針轉動搖柄，演示屏上的質點排成一條水平線。
（2）順時針轉動搖柄，各個質點依次振動起來。
現象： ①後面的質點總比前面的質點開始振動的時刻________，從總體上看形成疏密相間的波。
②各質點的振動沿________，波的傳播沿_______方向，質點振動方向與波的傳播方向_______。
③質點是否沿波的傳播方向遷移？_______
這種波叫做縱波，在縱波中最密處叫做密部，最疏處叫做疏部。
結論： ①不論橫波還是縱波，介質中各個質點發生振動並不隨波遷移。因此，波傳播的是而不是介質本身。
②波傳來前，各個質點是靜止的，波傳來後開始振動，說明他們獲得了能量。這個能量是從波源通過前面的質點傳來的。因此：波是傳遞_________的一種方式。
知識應用：
（1）課本中提到**波既有橫波，又有縱波。你能想象在某次**時，位於震源正上方的建築物，在縱波和橫波分別傳來時的振動情況嗎？為什麼？（從理性認識回到感性認識，實現認識的第二次飛躍）
（2）本來是靜止的質點，隨著波的傳來開始振動，有關這一現象的說法正確的有：
a、該現象表明質點獲得了能量
b、質點振動的能量是從波源傳來的
c、該質點從前面的質點獲取能量，同時也將振動的能量向後傳遞
d、波是傳遞能量的一種方式
e、如果振源停止振動，在介質中傳播的波也立即停止
f、介質質點做的是受迫振動
2、什麼是波的圖象
振動質點在某一時刻的位置連成的一條曲線，叫波的圖象。這就是質點振動方向和波的傳播方向之間的關係問題。
3、振動方向和波的傳播方向的關係
例題1：一列橫波在某一時刻的波形圖如圖10-1所示。若此時刻質點a的振動方向向下，則波向什麼方向傳播？
分析：取和a相鄰的兩個點b、c。若a點此時刻向下振動，則b點應是帶動a點振動的，c點應是在a點帶動下振動的。所以b點先振動，其次是a、c兩點。因此，波是向左傳播的。
4、波的圖象變化情況
確定波的圖象變化的情況有兩種方法：一是描點作圖法，二是圖象平移作圖法。（這一節課我們重點學習前一種方法）
（1）描點作圖法
例題2：某一簡諧波在t=0時刻的波形圖如圖10-2中的實線所示。若波向右傳播，畫出t/4後和t/4前兩個時刻的波的圖象。
分析：根據t=o時刻波的圖象及傳播方向，可知此時刻a、b、c、d、e、f各質點在該時刻的振動方向，由各個質點的振動方向可確定出經t/4後各個質點所在的位置，將這些點所在位置用平滑曲線連線起來，便可得到經t/4後時刻的波的圖象。如圖10-2中虛線所示。
若波向左傳播，同樣道理可以畫出從t=o時刻開始的t/4後和t/4前兩個時刻的波的圖象。
下面請同學們在練習本上畫出波向左傳播，從t=0時刻開始的t/4後和t/4前兩個時刻的波的圖象。（可以請兩個學生到黑板上練習，及時發現問題，進行針對性講評）
（2）圖象平移作圖法
從波的圖象中的波形曲線我們看到，波的圖象和振**象從圖線形狀看，可以完全相同，但兩種圖象有著本質的區別。
5、波的圖象與振**象的區別
（1）兩種圖象橫、縱座標的意義不同。
波的圖象橫座標x表示在波的傳播方向上各個質點的平衡位置，振**象橫座標t表示該質點振動的時間。
（2）兩種圖象描述的物件不同
波的圖象描述的是某一時刻各個質點偏離平衡位置的位移，振**象描述的是某一質點在不同時刻偏離平衡位置的位移。
（3）兩種圖象相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離含義不同。
波的圖象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離表示波在乙個週期內傳播的距離，振**象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離表示振動的週期。
鞏固練習
（1）一列橫波在某一時刻的波形如圖10-4所示，若質點o此時向上運動，則波的傳播方向若波向左傳播，則此時振動方向向下的質點有
（2）如圖10-5所示是一列橫波在t=o時刻的波形圖。若波向左傳播，用「描點法」作出3t/4前時刻的波形圖。
6、波長（λ）
在教材中的圖10-5可以看出，由質點1發出的振動傳到質點13，使質點13開始振動時，質點1完成一次全振動，因而這兩個質點的振動步調完全一致。也就是說，至兩個質點在振動中的任何時刻，對平衡位置的位移大小和方向總是相等的。我們就把這樣兩個質點之間的距離叫做波長。
（1）在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質點間的距離，叫做波的波長。
（2）幾點說明
要理解「位移總相等」的含義。這裡要求的是每時每刻都相等。如圖10-10所示，如e、f兩點在圖示的時刻位移是相等的，但過一段時間後，位移就不一定相等，所以e、f兩點的距離就不等於乙個波長。
第一、「位移總相等」 的含義是「每時每刻都相等」。從波的圖象中不難看出，位移總相等的兩個質點，其速度也總是相等的。
第二、位移總相等的兩個質點，其速度也總是相等的。在橫波中，兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等於波長。在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離也等於波長。
結合圖10-10，我們可以看到，相距λ/2的兩個質點振動總是相反的。進而可以總結出這樣的結論：相距λ整數倍的質點振動步調總是相同的；相距λ/2奇數倍的質點振動步調總是相反的。
為了描述波的傳播過程，還需要引入物理量——週期和頻率。
7、週期（t）、頻率（f）
波源質點振動的週期（或頻率）也就是波傳播的週期（頻率）。
（1）波源質點振動的週期（或頻率）就是波的週期（或頻率）。
（2）幾點說明
由於波的週期（或頻率）就是波源質點振動週期（或頻率），所以波的週期（或頻率）應由波源決定，與傳播波的介質無關。
第一、同一種波在同一種介質中傳播時週期（或頻率）保持不變。
第二、每經過乙個週期的時間波就沿傳播方向傳播乙個波長的距離。
第三、每經歷乙個週期，原有的波形圖不改變。
8、波速（v）
魯科版物理選修3 5基礎知識
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