专题振动图像和波动图像教(学)案

专题·振动图像和波动图像·教案
一、教学目标
1．通过对比振动图像和波动图像的联系与区别，使学生进一步深刻地认识到两种图像的不同的物理意义，培养学生的分析能力．
2．熟练掌握振动图像与波动图像的特点，能够正确识图并判断图形的变化．
二、重点、难点
1．重点是正确认识波动图像和振动图像，能从图像辨认位移、振幅、周期、波长，以及振动加速度、速度的方向、大小的比较；及速度、加速度、位移的变化的趋势；波的传播方向，并能结合其他条件计算波速，研究波动图线的变化等问题．
2．难点是正确区分振动图像和波动图像，明确它们不同的物理意义，区分质点的振动与波的传播．
三、教具
演示用沙摆振动图像仪；计算机；自制演示振动、波动图形关系软件；投影仪、投影胶片，长绳子．
四、主要教学过程
(一)引入新课
在高一年级，我们已分别学习过振动的图像和波动图像，这两种图像的物理意义有什么不同，它们的联系又是什么，如何应用这两种图像解决振动和波动问题，就是这节课所要研究的内容．
(二)教学过程设计
1．振动图像和波动图像的区别和联系．
(1)振动图像的演示．
用沙摆演示振动图像的形成，说明由于木板做匀速直线运动，其位移s∝时间t，所以可用木板中线上的不同位置代表不同的时刻，振动图像记录的是一个质点在不同时刻的振动位移．
(2)波动图像的演示．
用长绳演示波动图像的形成，说明长绳不动时，其上各点表示的是振动质点的平衡位置，波动图像记录的是在同一时刻，不同平衡位置质点的振动位移．
(3)振动图像与波动图像的区别．
引导学生回忆并总结两种图像的区别，展示投影片1，其内容如下：
振动图像波动图像
研究对象①②
横轴的物理意义③④
周期性⑤⑥
相邻波峰(谷)间距离⑦⑧
图形与时间的关系⑨⑩
图形斜率的物理意义
教师指导并组织学生填写，表格内从①～的内容分别为：
①单个质点；②无数质点；③表示时间；④表示振动质点的平衡位置；⑤表示质点位移随时间变化的周期性；⑥表示质点位移随空间变化的周期性；⑦表示一个周期；⑧表示一个波长；⑨随着时间的推移，图形不发生变化；⑩随
着时间的推移，图形沿波的传播方向平移；斜率的大小表示振动速度的大
小；斜率无物理意义．
(4)振动图像与波动图像的相似点．
引导学生回忆并总结两种图像相似点为：
①图像都是正弦或余弦函数曲线．
②纵轴表述的都是质点的位移，其最大值表示的都是振幅．
(5)振动图像与波动图像的关联．
用计算机演示，如图所示．一列横波沿绳传播．在t=0时刻闪光照相，便得到波动图像y－x图；看准x=0处一个质点P，研究不同时刻P的振动位移，便得到振动图像y－t图，两图会交于P处，就振动图像来看，此点表述的是
x=0处质点在t=0时刻的位移，就波动图像来看，此点表述的是t=0时刻x=0处质点的位移．显然无论从哪个角度来说，描述结果都必然相同，因此，x=0处质点，t=0时刻位移，便成为两个图像的关联．
展示投影片2，其内容如下：
组织学生认真读题．
提问1：这两个图形的关联点在什么地方？
提问2：如何利用关联点获得必要的信息？
教师归纳学生的回答内容，总结以下两点：第一，两个图形讲述的
况，因此描述结果必然相同．第二，从振动图中可见，此时刻质点正在
移减小，因此波向左传．
2．正确认识振动图像和波动图像．
(1)正确认识振动图像．
展示投影片3，其内容为一振动图像，如图所示．
提问：从振动图像可以获得哪些信息？
归纳同学的回答内容，教师最后总结如下：
①读出周期T；②读出振幅A；③读出任一时刻质点的振动位移(一个解)，或由位移读出时刻t(无数个解)；④由曲线的斜率读出任一时刻质点振动的速度大小；⑤读出任一时刻质点振动的速度方向；⑥读出任一时刻质点的加速度方向；⑦比较不同时刻加速度的大小；⑧结合具体问题判断振子的初始位置．
(2)正确认识波动图像．
展示投影片4，其内容如图所示，为一波动图像．
提问：从波动图像中可以获得哪些信息？
归纳学生回答的内容，教师总结以下几点：①读出波长；②读出振幅；③读出各质点在该时刻的位移(一个解)，或由位移读出对应的质点平衡位置(无数个解)；④若已知波的传播方向可读出任一质点的振动速度方向；⑤若已知任一质点的振动速度方向可读出波的传播方向；⑥借助关系式λ=υT，从图中读出λ后，已知υ或T中的任一个，均可求出另外一个．
3．学会解决振动图像和波动图像问题．
(1)展示投影片5，其内容如下：
如图所示是演示简谐振动图像的装置，当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速拉出时，摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系，板上的直线OO＇代表时间轴．右侧的两个图是两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线，若板N1和板N2拉动的速度v1和v2的关系为v2=2v1，则板N1、N2上曲线所代表的振动的周期T1和T2的关系
是[ ]．
组织学生认真读题．
提问：显见两木板上ON1=ON2，而v2=2v1，这两点结合，意味着什么？
引导学生结合演示实验认识清楚，①本实验中以ON之间的长度来表示时间的长短，由于速度不等，所以等长不代表等时，v2=2v1，所以，
②ON1对应一个振动周期，所以T1=t1；ON2对应两个周期，所以
正确答案要学生自己得出，是D选项．
(2)展示投影片6，其内容如下：
如图所示，一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点，相距14.0m，b点在a点的右方，当一列简谐横波沿此长绳向右传播时，若a点的位移达到正极大时，b点的位移恰为零，且向下运动，经过1.00s后，a点的位移为零，且向下运动，而b点的位移恰达到负极大．则这列简谐横渡的波速可能等
于[ ]．
组织学生认真审题．
提问：根据题目中第一种情况的叙述，你能画出多少种波形图来，这些图形的关系是什么？(要求学生在黑板上画出图来)
对画图出现的错误(例如如图所示)必须认真帮助学生分析认识错误原因(传播方向反了)，并予以订正．
引导学生分析归纳得出结论：各种可能图形的间距相差波长的整数
提问：根据题目中第二种情况的描述，你能画出什么样的波形来？由第一种情况到第二种情况，波可能传播了多长的距离？(要求学生在黑板上画出图来)
提问：波传播的距离与传播所用时间的关系是什么？
归纳学生的回答，总结为：在一个周期的时间内，波沿传播方向传播一个波长的距离．因而本题中，由第一种情况到第二种情况，波的传
给出三分钟的时间，让学生自己继续写出答案来．选择的结果，选项A、C 正确．
(三)课堂小结
解决波的传播问题，经常遇到多解的问题，初始和终了的波形图像
长(n为自然数)而得到的，都有可能．在解题时要考虑到这所有的可能性，然后再根据题目附加的有关条件而决定筛选和取舍．
五、教学说明
1．振动、波动图像问题既是教学的重点又是教学的难点，将振动和波动图像进行对比复习，对学生认识图像的物理意义，掌握图像的特点应该是有好处的．
2．本节安排了三个例题，不是很难，但各自强调了不同的侧面．突出了对振动图像时间轴的理解，对波的传播方向，传播速度的判断问题，以帮助学生更熟练地掌握知识，活化知识，提高解决问题的能力．
3．本节中加了两个演示实验，虽是在高一作过的，但重复的目的不仅在于使学生们更熟悉这部分内容，更在于这两个实验有利于学生对问题实质的理解和领会．
4．教学中大部分内容采取了学生讨论的方式，这对于提高学生的学习自主性，激发他们的发散型思维是很有好处的．。