“机械波的形成和传播”教学设计及课堂实录

杨 军 冯 源 黄 鑑

(成都七中 四川 成都 610041)

2013年4月，本文作者之一在本校开设了一次成都市市级公开课，据此撰写了此文.授课对象为高二学生，所用教材为教科版《物理·选修3-4》.

设计思想：本课以学生个体回答的形式引入机械波．然后从整体发展出发，采用分组实验的形式，让学生以绳波为例自行分析机械波的形成和传播，从而充分发挥学生主体作用，体现教学的实效性．同时，还在其间引入学生活动，用“人浪”模拟机械波，使学生亲身体验质点间的相互作用是机械波形成和传播的关键，并以此为依据从力学和运动学两个角度说明横波、纵波的区分．

教材分析：本节是本章的第一节内容，讲述了机械波的形成、传播和描述方法．从教科书结构来看，呈现了从具体直观到抽象的认知过程，即从具体的绳波过渡到波的图像，接着再从质点振动方向与波传播方向的关系去具体认识波：横波和纵波．最后提出简谐波的概念．整体内容不难，但相关概念的形成需要细致琢磨．

学情分析：学生对本节的活动中所涉及的问题能有感性认识，但认识深度恐有不够．其次，学生可能会对活动本身投入较多而忽略了相关问题．另外，要求学生从活动中提炼出相关概念也是有一定难度的．

教学方法：分组实验、学生活动、讨论探究(问答方式)、多媒体课件与相关动画．

教学用具：铁链，长绸带，水波演示仪，纵波发生器等．

教学过程

过程步骤教师活动学生活动或回答(根据课堂实录整理)设计意图解决问题 1.抽选某小组学生代表回答相应问题,得出机械波的定义、形成条件、形成特点. ★问题一:如果手不沿桌面上下振动,绳子处于什么状态? ★追问:该问题涉及到一个概念,跟机械波的形成条件有关,是什么概念呢? 适当点评并引导学生提炼相关概念:波源(机械波的形成条件之一). ★问题二:手沿桌面向上抖动一次和向下抖动一次,你看到了什么现象? ★追问:该问题也涉及到一个概念,以前还学习过的,在交变电流中也出现过.是什么概念呢? 适当点评并引导学生提炼相关概念:波峰、波谷. ★问题三:手连续抖动,你看到了什么现象? ★追问:该问题又能涉及哪些概念呢?(提示:没有铁链的话,能否形成这种“变化的正弦图像”?) 适当点评并引导学生提炼相关概念:介质(机械波的形成条件之二). ★问题四:铁链一端的振动是怎样传到另一端的?铁链上有标记的两点怎样运动?随波前进吗? 1.学生回答相应问题(学生可参考教材作答): ★回答问题一: B:铁链处于静止状态.(正确) ★回答追问: C:力改变运动状态; D:振动要有条件; E:运动需要能量; F:该问题涉及到波源的概念.(正确) ★回答问题二: G:链条在摇摆; H:因为有摩擦力,振幅在减小; I:手沿桌面向上抖动一次时,一个向上凸起的形状沿铁链向另一端传去;向下抖动一次时,一个向下凹下的形状沿铁链向另一端传去.(正确) ★回答追问: J:有简谐运动的函数图像的影子. K:该问题涉及到波峰、波谷的概念.(正确) ★回答问题三: L:沿桌面连续向上下抖动时,形成不断变化的(类似)正弦的图像.波峰、波谷在不断移动.(正确) ★回答追问: M:简谐运动; N:不是简谐运动,因为小环所受回复力不一定跟位移成正比,只能是机械振动; O:该问涉及的概念是介质,这正是机械波的形成条件之二.(正确) ★回答问题四: P:铁链中的前一小环(质点)会牵动后一小环运动,后一小环再带动更后面的小环,从而使铁链一端的振动传递到了另一端. I(补充):铁链的各部分之间都有相互作用的弹力,所以当手抖动绳的一端时,引起的振动就不限于铁链的这一端,而是沿铁链向另一端传去,振动状态在铁链上的传播就形成了波.分析机械波的形成过程

过程步骤教师活动学生活动或回答(根据课堂实录整理)设计意图解决问题 ★追问:该问题又涉及哪些概念呢? 适当点评并引导学生提炼相关概念:相互作用力、质点的振动方向、波的传播方向. 教师板书Ⅰ 2.引入模拟实验:我们能判断出波动是靠铁链上各质点之间的相互作用来传播的,但始终不便直接体验这种相互作用力.为此,我们有必要再来一个小活动,让同学们用人浪模拟机械波. 执行步骤一:安排学生进行人浪活动以模拟机械波.要求学生之间手挽手,并且最好闭上眼睛进行模拟,以感受相互作用力. ★引导学生提炼相关概念:受迫振动. 执行步骤二:要求学生仍然闭上眼睛同时松开双手,再尝试进行机械波的模拟,以深度体验相互作用力对于机械波形成的重要性. 3.活动:引导学生参照教材第23页图2-1-3细致分析绳波的形成过程,并用磁铁在黑板上摆出类似的波形图以作示范. 提出问题:如果波源在右方,且起振方向向下,机械波向左传播的相应时刻波形如何?可否上台用磁铁摆出?教师可利用手摇横波模拟器对照比较. Q(补充):后一个小环的运动状态总是滞后并重复前一个环的运动. F(补充):另外,绳上有标记的两点左右振动,不会随波前进.(以上都正确) ★回答追问: R:弹力(相互作用); S:有两种运动形式. 2.抽选学生到教室前排进行人浪活动来模拟机械波,体验质点之间的相互作用. 步骤一要求:闭眼、手挽手 步骤二要求:闭眼、松手 3.学生F等人上台利用黑板上的磁铁按要求摆出T4,T2,3T4,T等不同时刻的波形图.分析机械波的形成过程体验相互作用力对于机械波形成的重要性

过程步骤教师活动学生活动或回答(根据课堂实录整理)设计意图解决问题 4.问题五:刚才有提到,介质中的质点并不随波迁移,但我们明明又看到波形在往前传播,那么机械波传播的实质到底是什么呢? ★引导学生提炼相关概念:振动形式和能量. 教师板书Ⅱ 5.引入例题: 【例1】如下图所示,沿水平方向的介质中的部分质点,每相邻两质点的距离相等,其中O为波源,从波源通过平衡位置竖直向下振动开始计时,若不考虑机械能的损失,则下列关于质点的振动和介质中的波的说法中不正确的是 A.介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的,但图中质点9起振最晚 B.图中所画出的质点起振时间都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的 C.图中质点8完全重复质点7的振动,但总比质点7落后 D.质点1至9的振动都是受迫振动 【例2】如图所示,一列长度为x的绳波以速度v向右匀速传播,欲通过一长度为d的圆管. (1)求该列绳波从开始进入到整体完全穿出圆管所用的时间; (2)该列波完全穿出圆管之后的波形是? (3)绳上A点是否随波一起向右通过该管? 教师归纳:例1涉及机械波的形成,例2则关注机械波的传播. 4.回答问题五: C:传播的是能量(机械能); B(补充):还传播了振动的形式. 5.抽选学生解答例题: T: 例1:B B: 例2: (1)(x+d)v; (2)左边第一副图; (3)A点不会随波向右通过该管.了解机械波的传播实质应用举例归纳提升 接着要谈的是机械波的分类,分类的目的是为了便于研究.先看一下跟刚才的绳波不同的一种机械波. 1.教师利用纵波发生器演示纵波. ★提出问题:那么,我们该如何分类呢? 2.提出概念:疏部、密部.(对应横波波峰、波谷来理解) 教师板书Ⅲ 3.简谐波的概念. ★提出问题:那么,简谐波的特点是什么? 说明:简谐波可以是横波,也可以是纵波.我们的习题往往只针对这种理想化的简谐波. 教师板书Ⅳ 1.学生回答: V:按介质中质点振动方向和波的传播方向关系不同,将波分为横波和纵波.(学生回答时可参考教材) 2.学生对比疏部、密部与波峰、波谷. 3.学生回答: B:波源和介质中各质点的振动是简谐运动.观看简谐波模拟动画:知道机械波的分类方式提出简谐波的概念

过程步骤教师活动学生活动或回答(根据课堂实录整理)设计意图应用 教材第24页,练习与评价(可作课后作业) 当堂练习或作课后作业具体应用结束 1.小结:略. 2.结束语:水波离开了它产生的地方,而那里的水并不离开,就像风在田野里掀起的麦浪.我们看到,麦浪滚滚地在田野里奔去,但是麦子却仍旧留在原来的地方.———达芬奇 1.回顾本节内容 2.学生齐声朗读结束语.结束

板书设计：

教师板书Ⅰ

一、机械波的形成和传播

1.机械波的定义：机械振动在介质中的传播．

2.条件：①波源；②介质．

3.形成特点：波源的振动形式通过介质中的相互作用得以传播，从而形成机械波．

教师板书Ⅱ

4.传播实质：①振动形式；②能量(机械能)．

教师板书Ⅲ

二、机械波的分类：

①横波：振动方向与传播方向垂直.

②纵波：振动方向与传播方向平行．

我们了解了机械波的形成和传播，也知道了机械波的分类方式，最后还要补充一个理想化的概念：简谐波.

教师板书Ⅳ

三、简谐波：简谐运动在介质中的传播．

(说明：加下划线的板书内容可在教材上勾画或用PPT展现)