江苏省常州市西夏墅中学高中物理选修3-4《第十二章机械波》课件

第十二章机械波教材分析和教学建议zxxk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。新、旧教材对比（三种人教版）人教版读本8.机械振动在媒质中的传播——机械波9.波长、频率和波速之间的关系10.波的图像11.波的干涉12.波的衍射人教版试验修订本1.波的形成和传播2.波的图像3.波长、频率和波速4.波的反射和折射阅读材料混响5.波的衍射6.波的干涉7.驻波8.多普勒效应9.次声波和超声波人教版选修3－41.波的形成和传播2.波的图像3.波长、频率和波速4.波的反射和折射5.波的衍射6.波的干涉7.多普勒效应全章概述本章基本上继承了老教材的知识结构和体系，在章节上对原有教材进行了增删，虽然由九节改为七节，把“驻波”和“次声波和超声波”删除，但把“波的反射和折射”改成必学，并增加了波面的知识和惠更斯原理，反而难度有一定上升，教学中应注意重难点。教材中采用更多的实验和插图便于教学和阅读，课堂中应加强学生的自主学习。教材分析和教学建议课时分配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（1课时）4.波的反射和折射（1课时）5.波的衍射（1课时）6.波的干涉（2课时）7.多普勒效应（1课时）各章节教材分析和教学建议12.1波的形成和传播教学重点、难点1、通过实例，知道机械波的形成过程。2、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。3、通过观察，认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。Z.x.x.k12.1波的形成和传播教学建议1、整体知识结构与过去基本相似2、讲解波动离不开振动，而有关振动的知识是在以前讲的，学生可能遗忘，可根据学生实际进行适当复习．3、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，通过比喻、模拟和多幅图片，使学生比较形象地、步步深入地认识波的形成，明确波是传递能量的一种方式．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，注意不要过多在概念上讨论，而要多举学生常见的或易于了解的实例、比喻或模拟，帮助学生逐步体会和理解．多借助图像、仪器、视频辅助教学，可以更多让学生得出结论12.1波的形成和传播教学中注意1、机械波是机械振动这种运动形式的传播，介质的质点本身不会沿着波的传播方向离去，这点要向学生反复强调．波动和振动有密切联系，振动是波动的基础，但波动与振动是不同的，不能混淆．2、波是振动状态的传播，也是能量的传播，同时，波是信息的载体。波在传播运动形式的同时，也传递能量和信息．这一重要结论，要使学生通过学习明确起来。3、振动状态的传播形成“波”动。所以有时也把“振动在……上传播”说成“波在……上传播”。4、机械波传播的机理：介质质元的相互作用5、纵波和横波相比，以横波为主，书中多数例子都是横波11.2波的图像教学重点、难点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。）教学建议1、教材内容基本没有改变，删除了纵波的图像2、教学中注意波动图像和振动图像的区别3、习题辅助学生记忆11.2波的图像11.2波的图像教学时注意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。2、可以列表对比波动图像和振动图像区别包括对象（整体与个体）、坐标、意义（时刻与一段时间）、用途3、让学生学会画出下一时刻波形图（课后练习）。11.3波长、频率和波速教学重点、难点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z..x..x..k11.3波长、频率和波速教学建议1.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。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．3．学生应该能从波的图象上确定波长和振幅，并从波的传播方向判断质点的运动方向．但是不要求讨论△t＞T时的各种波形．4.在教学中注意让学生清楚波的三要素是由什么决定。5.在习题中可适当处理机械波中常见的多解性问题，但不宜过深。11.4波的反射和折射教学重点、难点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。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。11.4波的反射和折射一、波动中的几个概念1.波线波的传播方向为波线。2.波面振动相位相同的各点组成的曲面。3.波前某一时刻波动所达到最前方的各点所连成的曲面。波线平面波球面波波前波面波线波面波前介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.二惠更斯原理根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面就可以用几何做图法确定下一时刻的波阵面。因此这一原理又就惠更斯作图法，它在很大程度上解决了波的传播方向问题。球面波平面波O1R2RtuN界面RN界面Ii'irL1）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；反射定律四、波的反射与折射当波传播到两种介质的分界面时，一部分反射形成反射波，另一部分进入介质形成折射波。2）'ii反射角等于入射角iiiA1A2A3B2B3B1NNAId时刻t用惠更斯原理解释波的反射在时刻t，波阵面与图面的交线AA3到达图示的位置，A点和界面相遇。此后AA3上个点将依次到达界面。设经过相等的时间此波阵面与图面的交线依次与分界面在B1、B2、B3相遇，而在，A3点到达B3点。ttB2B3B1NNAI32dd3dLiii时刻t+△t做出此时刻界面上各点发出的子波的包迹。因为波在同一介质中传播，速度不变，所以在时刻，从A、B1、B2、发出的子波的半径分别是d，2d/3，d/3。其中tttvd这些子波的包迹面也是与图面垂直的平面。它与图面的交线为B3D，而且，DB3=AA3。做垂直于此波阵面的直线，即得反射线。与入射波阵面AA3垂直的线称为入射线。B2B3B1NNAI32dd3dLiii时刻t+△tA3D结论1）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；'ii2）由于三角形AA3B3与ADB3相等，所以，即：反射角等于入射角。折射定律1）折射线、入射线和界面的法线在同一平面内；21vvrisinsin2）N界面RN界面Ii'irL时刻tiiiA1A2A3B2B3B1NNAIdⅠⅡ时刻t+△tⅠⅡB2B3B1NNAIrrBRr由惠更斯原理，A、A3为同一波面上的两点，A、A3点达到界面发射子波，经t后，A3点发射的子波到达界面处B3点，A点的到达B点。用惠更斯原理解释波的折射iiiA1A2A3B2B3B1NNAIdⅠⅡⅠⅡ时刻t时刻t+△tiABtvBAsin3133rABtvABsin32B2B3B1NNAIrrBRr2133vvABBArisinsin所以v1/v2为第二种介质相对第一种介质的折射率。21vvrisinsin2121n2133sinsinvvABBAri由于11.5波的衍射教学重点、难点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。11.5波的衍射教学建议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。11.6波的干涉教学重点、难点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。11.6波的干涉教学建议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．11.6波的干涉3、对于干涉现象的理解，需要一定的空间想象力，有的学生一下子不容易理解，应适当给予指点．有条件的，还可借助多种教学手段（如多张图片，计算机模拟等），尽可能形象、直观地帮助学生理解和想象．4、与对衍射现象的要求相同，高中阶段对干涉现象也不从理论上进行讨论．教学中要注意掌握教学要求，避免增加难度．如课本中只是就产生干涉的特殊情况，即振源的振动步调相同（同相位）的情况叙述了波的干涉，而没有强调“相干条件”，教学中也不宜补充．11.6波的干涉5、在波的干涉现象中，应注意对“总是振动加强”和“总是振动减弱”的理解．振动加强是指该处质点的振幅增大，或者说相干的两列波在该处分别引起的位移总是同向，故总位移等于两个分位移相加，从而振动加强．振动减弱是指该处质点的振幅减小，或者说相干的两列波在该处分别引起的位移总是反向，故质点的总位移等于两个分位移之差，从而振动减弱；并且要注意振动加强的质点和振动减弱的质点都在按一定的振幅做简谐运动，所以在某些时刻，振动加强的质点也要通过平衡位置，此时它的位移为零，并不是说它的位移总是最大．11.7多普勒效应教学重点、难点1、通过实验感受多普勒效应。2、解释多普勒效应产生的原因。3、通过列举多普勒效应的应用实例，了解多普勒效应的应用。11.7多普勒效应教学建议1、本节主要以声波为例介绍多普勒效应．它比较常见，易于为学生接受，而且只对多普勒效应做定性的分析说明，使学生对多普勒效应有初步的了解，教学中要注意不宜引伸．2、多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象，这比波动现象又复杂了一些．要理解多普勒效应，学生必须先知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别，这是学习本节的关键．3、相比老教材课本用“模拟实验排队过人”的方法，帮助学生想象观察者远离波源时，接收到的频率减小的道理，以理解多普勒效应，教学中可引导学生思考．4、多普勒效应在现代生产和生活中有广泛的应用，除了课本中提到的，还可根据实际情况补充介绍一些应用实例，以开阔眼界和引起兴趣。11.7多普勒效应5、几个概念1、波源的频率：单位时间内波源发出完整波的个数2、观察者接收到的频率:处于介质中的“观察者”在单位时间内接收到的完整波的个数把握好以下几点1．声源相对静止，声源单位时间内发出的波数与观察者所接收到的波数2．声源与观察者相对靠近，声源单位时间内发出的波数与观察者所接收到的波数3．声源与观察者相对远离，声源单位时间内发出的波数与观察者所接收到的波数