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专题讲座机械波教材分析一、本章地位本章是第十一章“机械振动”教学内容的延伸和扩展。机械振动讨论的是质点，只讨论物体的运动状态随时间的变化，而波动讨论的是振动在空间中的传播。本章的内容是以后学习光波和电磁波、概率波的重要基础。二、新课标要求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。能用图象描述横波。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。课时分配建议第一单元1波的形成和传播1课时2波的图像1课时3波长、频率和波速（加习题课）２课时第二单元4波的衍射和干涉2课时5多普勒效应1课时6惠更斯原理1课时第一节波的形成和传播教学目标1、通过实例，知道机械波的形成过程和产生条件。2、通过观察，认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。3、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。教材分析波的概念的建立，对学生来说是困难的，因为他们看不到“质点”的具体振动过程。教学实践表明，若初始概念不够清晰，在以后解答有关问题时，单凭逻辑推理或数学推导，要得到准确而明晰的结果，就比较困难，在运用波的概念分析问题时（如分析波的干涉）也容易出现错误。教学建议创设问题情景，做好演示实验，让学生对波有较为充分的感性和理性认识：波动是自然界的一种普遍而重要的运动形式，各质点都在原位置做振动，并不前进，所以传播的只是振动形式。（1）波是一种重要而又普遍的运动形式，也是高中物理学习的一个难点．课本对波的概念没有由定义出发，而是从单个绳波开始，讲解波的产生和传播。课本上的插图只能简单的定性说明波形是什么样的，还不够细致。因此要做好演示实验，多做几个演示实验，通过实验让学生看到：各质点都在原位置做简谐振动，并不前进，所以传播的只是振动形式。让学生观看一些事先拍成录相的演示实验现象课件（如水波、随风飘的旗、奥运会开幕式文艺表演《文字》、绳波和电磁波等波动情景），让学生观看后对波有个初步印象。并提出问题：波是如何形成的？波在传播过程中有哪些规律和特点？（2）利用“绳波”（或其他波动演示装置）指导学生理解横波的形成与传播规律和特点以绳波为例，分析机械振动如何才能形成机械波以及获得机械波在传播过程中的特点规律。演示后引导学生可把绳子看作由许许多多个质点组成的，各个质点间存在有相互的作用力（教学要求上要突出该思想方法）。并回答：各个质点的振动彼此间有何规律？（振动依次滞后）每一个质点刚开始振动的方向是否相同？（相同）质点的振动如何才能形成波？波源完成一次全振动，波传播的距离在波形上如何体现？波动方向与质点振动方向有何关系？（教师提问，学生回答）在波传播过程中，质点是否“随波逐流？”在波动过程中，往外传播的是什么？效果比较好、特征突出的演示实验①绳中的横波：为使现象明显，绳要长些，波长要小些，但频率不能太快，所以要求绳中波速小些．而绳的单位长度内的质量越大、绳中张力越小，波速也越小，故要用粗绳或内部装满水的长乳胶管。②帘式横波演示仪：仪器如图所示，在竖立张拉的两条互相平行的绳ab、cd上穿有几十根等长的轻木棍，这些棍互相平行并与绳垂直，棍的两端各有一个泡沫塑料小球，静止时各小球顺次排成一条直线．用手推最下一个小球A使之左右振动，则其余小球顺次振动而形成横波向上传播．上端那些逐渐变短的棍能够起减弱反射波的作用．演示效果非常理想，波的特征明显。（3）教学过程设计引导学生积极参与：让学生主动参与模拟机械波的形成与传播，体验感悟机械波。（4）掌握了横波的形成与传播规律和特点后，接下来通过观看纵波的传播过程（可结合纵波演示器再次演示），让学生了解纵波与横波的区别。并知道机械波可分为横波与纵波两种类型以及波峰和波谷、密部和疏部概念。（5）在坐标纸上由学生自己绘制横波的形成，建立起机械波的空间动态情景。（6）明确振动与波动的区别与联系区别：振动—呈现的是单各质点的运动。波动—是相互间有弹力作用的一群质点共同呈现的运动。联系：振动是波动的原因，波动是振动的传播。题1：关于机械波，下列说法中正确的是A．有机械振动，就一定会产生机械波B．有机械波就一定有机械振动C．介质中有机械波传播时，各质点的振动方向与波的传播方向总是相同D．介质中有机械波传播时，各质点在各自的平衡位置附近振动的同时，也随波迁移本题意在巩固理解机械波产生条件，区分质点振动与整体波动。第二节波的图像教学目标1、知道波的图象的物理意义。2、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。3、通过对波的图象和振动图象的比较，知道波的图象与质点振动图象的区别。（不要求讨论纵波的波形图。）教材分析从振动图象到波的图象，由原先的对单个质点的研究到对大量的质点的研究，对学生来说是一个认识能力上的提高。有了对波动图象的比较清楚的认识，学生才会更好的理解描述波动时引入新的物理量----波长、波速和周期的必要性。因此，波的图象在本主题中具有承上启下的作用，同时也是本主题教学的重点和难点。教学建议（1）讲清楚波动图像的得来和物理意义、用途，并学会画出图像。在前一节课的基础上，通过对绳波的形成过程示意图中几个时刻介质中各个质点位置的确定，并用平滑曲线去拟合，指出所得曲线与实际横波形状的相似，顺利提出波的图象，也有利于理解图象的物理意义。（2）已知波的图象和传播方向来判断质点的振动方向，这是本节的另一个重点内容，通过一个小的模拟实验，让学生观察、分析、小组讨论，由学生提出由波的图象和传播方向来判断质点的振动方向得方法，使学生更有成就感。（3）可以列表对比波动图像和振动图像区别。振动图象和波的图象的区别是一个难点，在处理时可首先是问题暴露，激起学生认知的冲突，然后再通过体验、列表对比分析，让学生加上对问题的认识。题2：如图所示为一简谐波在t时刻的图象．已知质点a将比质点b先回到平衡位置，则下列说法中正确的是A．波沿x轴正向传播B．波沿x轴负向传播C．质点a的速度正在增大D．质点b的速度正在增大本题意在考察学生由点求波的方法。题3：如图所示，实线A是一列横波在某时刻的波形，虚线B为经7T/4后的波形图，根据图线可知波向传播（填“左”或“右”），此时刻M点向运动，P点向运动．本题意在考察学生由波求点的方法。第三节波长、频率和波速教学目标：1.理解波长、频率和波速的物理意义。2.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教材分析波长、频率和波速是描述波的特性的物理量，要让学生切实地理解它们。在学生认识三者的关系后，应进一步加深对波动图象的认识。本节后，学生应该能够从波动图象中获取相关信息，对有关问题进行讨论或计算，从而让学生进一步理解本主题前三节的知识。教学建议1．教学中通过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。从波的图象及多媒体课件让学生更直观地看到：横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷的相位相同；新教材中波长定义用相位来定义，更科学、准确。可以结合老教材的定义加以说明。关于波长还有几种正确说法:(1)在横波中,两个相邻波峰(或波谷)之间的距离等于波长;(2)在纵波中,两个相邻密部(或疏部)之间的距离等于波长;(3)经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长;2．波长、频率和波速的关系十分有用，要求学生掌握．除了记住公式外，可以让学生弄清这样两点：波源每做一次全振动，它就向外传出一个波长的波；每经过一个周期，波就向前传播一个波长的距离．在教学中注意让学生清楚波的三要素是由什么决定。3.在习题中可适当处理机械波中常见的多解性问题（可结合动画演示），但不宜过深。题4：当波由一种媒质进入另一种媒质中传播时，发生变化的物理量是()A．波长B．频率C．波速D．传播方向本题意在考察学生波的三要素是由什么决定。题5：一列机械波在介质中的传播速度是20m/s，相邻两波峰间的距离为0.40m，则(AD)A．波源的振动频率为50HzB．波源的振动周期为0.01sC．波源每秒钟完成的全振动的次数为100次D．波源每秒钟完成的全振动的次数为50次本题意在巩固理解波长、频率和波速的关系。题6：一列机械波在某一时刻的波形如实线所示，经过△t时间的波形如虚线所示．已知波的传播速率为1m/s，则下列四个数据中△t的可能值为（AC）A．1sB．8sC．9sD．20s本题意在要求学生关注由波求波时的多解问题。第四节波的反射和折射教学目标1.通过实例，了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。教材分析学生在初中已学过光的反射、折射等的初步知识，在此基础上用惠更斯原理进行解释，可进一步加深对波的特性的理解。教学建议1、本节相对于老教材多了波阵、波面和惠更斯原理（大学教材），值得注意，教师要评讲清楚，但教材要求不高，学生理解原理即可，不用深抠。对于惠更斯原理应该要求到什么程度？课程标准要求“了解惠更斯原理，能用其分析反射和折射”，因此教科书原原本本地介绍了惠更斯原理。至于用它来分析反射和折射，一种做法是定性分析，另一种做法是定量分析。对于反射定律，教科书做了定量分析，即从惠更斯原理出发导出了反射定律；对于折射定律，只给出了思路，没有进行推导。实际教学中，教师应该根据学生的基础和课时来决定教学方法，即使是反射定律，也可以只讲思路，不在课堂上做平面几何的推证。2、惠更斯原理要求学生有较强的理解想象能力，教师要借助画图、多媒体教学，帮助学生加深印象。所以在讲波线、波面、波前这些基本概念时不要用ppt，而是在黑板上边画边讲学生听得清楚明白，也容易理解，否则听得明白记不住。3、惠更斯原理具有一定的独立性，它对后续的高中学习没有很大的影响。但对于后续学习普物还是很重要的，因此可能成为命题者（大学教师）的兴奋点。第五节波的衍射教学目标1、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。2、知道衍射是波特有的现象。教材分析波的干涉和波的衍射是波动所特有的现象，也是学生后面学习光的干涉和衍射的基础。对于干涉和衍射现象的学习能加深对波动本质的认识。学生往往感到这部分内容比较抽象、复杂、不易掌握。对干涉和衍射不要从理论上进行讨论，应从实验的角度加强感知。教学中要注意掌握教学要求，避免增加难度。教学建议1、本节不难处理，教师讲清衍射是波特有现象、明显衍射的条件，以及会用惠更斯原理解释衍射。2、做实验和利用图片对于学生认识衍射现象很有帮助，教学中要注意创造条件做好实验，并充分利用课本提供的图片讲解．突出实验中观察到的“特殊”现象，帮助学生从观察实验和图片中归纳出结论．3、对于衍射现象，在高中阶段不从理论上进行讨论，因此，不要引导学生探究“为什么波会发生衍射”，“为什么发生显著衍射现象的条件是障碍物比波长小”等类问题．4、播放一些衍射的课件录像，有助学生理解和提高兴趣，可以让学生自己解释看见、听见的现象。第六节波的干涉教学目标1、知道波的叠加原理。2、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。3、知道干涉是波特有的现象。教材分析波的干涉和波的衍射是波动所特有的现象，也是学生后面学习光的干涉和衍射的基础。对于干涉和衍射现象的学习能加深对波动本质的认识。学生往往感到这部分内容比较抽象、复杂、不易掌握。对干涉和衍射不要从理论上进行讨论，应从实验的角度加强感知。教学中要注意掌握教学要求，避免增加难度。教学建议1、波的干涉实质上是波的一种特殊的叠加现象，所以理解波的叠加现象是认识波的干涉现象的基础．这里关键是理解两列波相遇而发生叠加时，对某一质点来说，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和．2、在学生理解波的叠加的基础上，再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特殊图样（即“干涉图样”）——某些点两列波引起的振动始终加强，某些点两列波引起的振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔．这就是干涉现象．3、对于干涉现象的理解，需要一定