高中物理选修3-4教学设计9：12.1 波的形成和传播教案

12.1波的形成和传播
1、教学目标
一、知识与技能
（1）知道直线上机械波的形成过程；
（2）知道什么是横波，波峰和波谷；
（3）知道什么是纵波，密部和疏部；
（4）知道“机械振动在介质中传播，形成机械波”，知道波在传播运动形式的同时也传递了能量。

二、过程与方法：
通过实验演示、观察、分析，培养进行科学探索的能力，培养空间想象能力和思维能力。

3、情感他、态度与价值观：
2、教学重点
机械波的形成过程及传播规律
教学难点
机械波的形成过程及传播规律
教学过程：
1）课堂导入
演示：抖动丝带的一端，产生一列凹凸相间的波在丝带上传播，在这个简单的例子中，我们接触到一种广泛存在的运动形式——波动，请同学们再举出几个有关波的例子。

（水波、声波、无线电波、光波。

）
水波、声波、地震波都是机械波，无线电波、光波都是电磁波。

这一章我们学习机械波的知识，以后还会学习电磁波的知识。

2）重点讲解
1、波的形成和传播
演示：拨动水平悬挂的柔软长弹簧一端，产生一列疏密相间的波沿弹簧传播；
演示：敲击音叉，听到声音，这是声波在空气中传播（指明，虽然眼睛看不到波形，但它客观存在，也是疏密相间的波形）
（1）波产生的条件：波源；介质。

（为研究波的形成奠定基础）
（2）波是怎样形成的呢？为什么会有不同的波形？波传播的是什么呢？
实验探索：探索波的形成原因和传播规律：
实验1：学生分组实验：每两人一条丝带（60cm左右），观察丝带上凹凸相间的波。

实验步骤：
（1）将丝带一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖动，在丝带上产生一列凹凸相间的波向另一端传播。

（2）在丝带上每隔大约2~3cm用墨水染上一个点，代表丝带上的质点。

重复步骤（1），观察丝带上的质点依次被带动着振动起来，振动沿丝带传播开去，在丝带上形成凹凸相间的波。

思考：丝带的一端振动后，为什么后面的质点能被带动着运动起来？
如果将丝带剪断，后面的质点还能运动吗？
分析：丝带上凹凸相间的波形是怎样产生的？（可以参阅课本第3页）
观察：丝带上的质点是否随波向远处迁移？
实验2：观察波动演示器上凹凸相间的波：（因器材有限，可以教师操作，引导学生注意观察）
实验步骤：
（1）逆时针转动摇柄，演示屏上的质点排成一条水平线。

（表示各质点都处在平衡位置）（2）顺时针转动摇柄，各个质点依次振动起来。

（注意观察各个质点振动的先后顺序）
这种波叫做横波，在横波中凸起的最高处叫做波峰，凹下的最低处叫做波谷。

实验3：观察弹簧上产生的疏密相间的波。

实验步骤：
（1）拨动水平悬挂的柔软长弹簧一端，产生一列疏密相间的波沿弹簧传播。

（2）在弹簧上某一位置系一根红布条，代表弹簧上的质点，重复步骤（1）。

观察：红布条是否随波迁移？说明了什么？
分析：弹簧上疏密相间的波形是怎样产生的？（类比丝带上波产生的分析方法，锻炼学生的知识迁移能力）
实验4：观察波动演示器上疏密相间的波：
实验步骤：
（1）逆时针转动摇柄，演示屏上的质点排成一条水平线。

（2）顺时针转动摇柄，各个质点依次振动起来。

这种波叫做纵波，在纵波中最密处叫做密部，最疏处叫做疏部。

3）问题探究
探究问题波的传播方向和质点运动方向关系如何判断？
探究过程：已知质点运动方向判断波的传播方向或与之相反的问题，判断的基本规律是横波的形成与传播的特点，常用方法有：
方法一：上下坡法
沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下、下坡上”（如图甲所示）.
方法二：同侧法
在波的图象上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并设想在同一点沿水平方向画个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧（如图乙所示）. 方法三：头头（尾尾）相对法
在波形图的波峰（或波谷）上画出一个箭头表示波的传播方向，并在波峰（或波谷）两边波形上分别画出两个箭头表示质点运动方向，那么这三个箭头总是头头相对，尾尾相对（如图丙所示）.
方法四：平移法 将原波形（实线）沿波的传播方向平移4 后（虚线），则从原波形中平衡位置沿y 轴指向虚线最大位移处的方向，表示原波形中质点的运动方向（如图丁所示）.
甲乙
丙丁
探究结论:
方法一：上下坡法
方法二：同侧法
方法三：头头（尾尾）相对法
方法四：平移法
4）难点剖析
知识点一机械波的形成和传播
例1关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是( )
A.物体做机械振动，一定产生机械波
B.后振动的质点总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后一步
C.参与振动的质点群有相同的频率
D.机械波是质点随波迁移，也是振动能量的传递
[答案] BC
[解析]机械波的形成必须具备的两个条件：振源和介质，只有物体做机械振动，而其周围没有传播这种振动的介质，远处的质点不可能振动起来形成机械波，故A 选项错误；任何一个振动的质点都是一个波源而带动它周围的质点振动，将振动传播开来，所以后一质点总是落后，故选项B 、C 正确，形成机械波的各个质点，只有在平衡位置附近往复运动，并没有随波迁移，离振源远的质点振动的能量，是通过各质点的传递从振源获得，故选项D 错误. 方法归纳本题考查机械波的产生及其传播特点.机械波是由于机械振动在介质中的传播形成机械波，机械波在传播中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同；离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同；波传播的是振动形式，而各介质的质点并不随波迁移；波在传播振动形式的同时，也在传播能量和信息.
例2如图所示为波源开始振动后经过一个周期的波形图，设介质中质点振动周期为T ，下列说法中正确的是( )
A.若M 点为波源，则M 点开始振动时方向向下
B.若M 点为波源，则P 点已经振动了
43T C.若N 点为波源，则P 点已经振动4
3T D.若N 点为波源，则该时刻P 质点动能最大
[答案] C
[解析]若M 点为波源，相当于其他点追随M 点振动，又因为是经过一个周期的波形，此时M 点的振动方向向上，即为开始振动时的方向或者根据波传到了N 点，此时N 点振动方向
向上，即波源的开始振动方向向上，而传到P 点要经过
43T ，因而P 点已振动4
1T ，若N 点为波源，N 开始振动方向向下，传到P 点经4T ，故P 点已振动了43T ，而此时P 点在最大位移处，速度为零，动能最小，[答案]为C 选项.
方法归纳当波源确定后便可确定波传播的方向，由于介质中各质点从波源开始依次运动，即越靠近波源的质点运动的时间越长.另外,任何一个质点的起振方向都与波源的起振方向相同.
知识点二横波和纵波
例3关于横波和纵波，下列说法正确的是( )
A.质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫横波
B.质点振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫纵波
C.横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部
D.地震波是横波，声波是纵波
[答案] ABC
[解析]根据横波和纵波的定义知，A 、B 、C 三项正确，声波是一种纵波，但地震波中既有横波又有纵波，D 选项错误.
知识点三机械波
例4以下对机械波的认识正确的是( )
A.形成机械波一定要有振源和介质
B.振源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同
C.横波向右传播时，处于波峰的质点也向右迁移
D.机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动
[答案] A
[解析]振源和介质是形成机械波的两个必不可少的条件，故A 选项正确.简谐运动在介质中传播时，介质中各质点都做简谐运动，沿波的传播方向上，后面的质点比前面的质点总要晚一些开始振动，但质点本身并不随波的传播而发生迁移，而且各质点的振动步调不一致，故
B 、
C 、
D 三项都错.
误区警示波动与振动是两个不同的概念，一些同学往往认为：振动就是波动，我们知道在波
的传播过程中，一定有质点的振动，但质点振动，不一定能够形成波动，波动是许多质点振动而形成的，振动则是单个质点的运动.
知识点四振动和波的关系
例5关于振动和波的关系，下列说法正确的是( )
A.有机械波必有振动
B.有机械振动必有波
C.离波源远的质点振动周期长
D.波源停振时，介质中的波动立即停止
[答案] A
[解析]一个质点的振动会带动邻近质点的振动，使振动这种运动形式向外传播出去而形成机械波，但在缺少介质的情况下，波动现象就无法发生，故A选项对,B选项错.波动形成以后，各质点的振动都先后重复波源的振动，故各质点的振动周期是一样的，C错，大量质点的振动所形成的波动不会因波源的停振而立即消失，因为能量不会无缘无故地消失，故D选项错.
误区警示很多同学会认为“波源停振时，介质中的波动立即停止”，错误的主要原因是不能明确波的形成条件及传播特点.
5）训练提升
1．关于机械波的以下说法中，正确的是()
A．发生波动需要两个条件：波源和介质B．波动过程是介质质点由近及远移动的过程C．波动过程是能量由近及远传递的过程D．波源与介质质点的振动都是自由振动
[答案]AC
[解析]波源(即振源)振动时，依靠介质中的相互作用力带动周围各部分质点振动起来，形成机械波。

各质点只在平衡位置附近振动，并不随波向外迁移，仅把波源的振动和能量传播开来。

波源和介质质点之间的相互作用力阻碍波源的振动，是一种阻力，所以波源的振动不可能是自由振动。

相邻的介质质点间存在相互作用，故介质质点也不是自由振动。

2．有关纵波与横波，下列说法正确的是()
A．振源上下振动形成的波是横波
B．振源水平振动形成的波是纵波
C．波沿水平方向传播质点上下振动，这类波是横波
D．质点沿水平方向振动，波沿水平方向传播，这类波是纵波
[答案] C
[解析]不论振源沿水平方向振动，还是竖直方向振动，只要振动方向与波传播方向垂直，
则为横波；若振动方向与波传播方向在一条直线上则为纵波。

3．下列有关机械振动和机械波的说法中正确的是( )
A ．某物体做机械振动，它周围的介质中就一定产生机械波
B ．波源停止振动后，已形成的机械波仍能在介质中继续传播
C ．机械波传播的只是机械振动的形式和能量，参与波动的质点并不随波迁移
D ．振动是变速的，波动是匀速的
[答案] ABC
[解析] 机械振动在介质中的传播形成机械波，选项A 正确；由于机械波已在介质中形成，当波源停止振劝，已振动的质点又形成新的波源，使机械波仍在介质中传播，选项B 正确；由机械波的传播特点可知，选项C 正确；波只有在同种均匀介质中才会匀速传播，选项D 错误。

4．如图所示是某绳波形成过程的示意图，1,2,3,4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。

质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2,3,4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端，t ＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。

下列判断正确的是( )
A ．质点6开始振动时的运动方向向下
B ．t ＝T 2时质点6的速度方向向下
C ．t ＝3T 4
时质点10的运动方向向上 D ．t ＝T 时质点16开始运动
[答案] C
[解析] 介质中各质点开始振动时的振动方向和波源开始振动时的振动方向相同，A 错；经
过t ＝T 2
质点1回到平衡位置，质点9开始向上振动，质点5振动到正的最大位移处，根据带动法可知，质点6在平衡位置上方向上振动，即速度的方向向上，B 错；t ＝3T 4时质点1振动到负的最大位移处，质点9振动到正的最大位移处，质点13开始振动，5～13之间的质点在平衡位置上方，9～13之间的质点振动方向都向上，C 对；t ＝T 时质点17开始运动，D 错。

5、板书设计：
12.1波的形成和传播
一、波的形成
波的形成条件: 波源
介质
二、波传播的特点：1、由近及远依次振动
2、介质中不随波迁移
3、传播振动形式、能量与信息
三、波的分类：横波、纵波
四、机械波的概念：机械振动在介质中的传播过程
6、教学反思：
本节课设计充分体现新课改理念，以学生为主体，教师为主导，以科学的探究方法引导学生参与教学过程，体验教学活动，自己归纳总结知识，让学生在体验中总结学习，在学习中体会知识、融化知识、进而达到理解掌握知识。

真正的将合作、交流与探究落到实处，使三维教学目标得到有效的实现，使学生的学科素养得到有效提高。