人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述优秀教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述优秀教学设计，共14页。教案主要包含了波的图像，波长，波的多解性等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
3.2 波的描述
教学内容分析
波的描述是本章的教学重点和难点，教材首先介绍了图像法，然后再介绍波长、频率和波速等物理量，为用解析法描述波打好基础，教学中应根据实际情况，采用多种教学手段，如通过波动演示箱或者利用多媒体动画课件模拟演示各个时刻的波形，帮助学生在头脑中形成正确的物理图景，以横波为例说明波的图像的物理意义，通过这一过程提高学生的抽象思维能力。
教材重点说明波的图像表现的是各个质点在某一时刻偏离平衡位置的位移。对此，学生在初学时并不容易理解，波的图像与某时刻横波的形状相似，但波的图像的意义充竟是什么？首先要让学生弄清波的图像中横、纵坐标各表示什么物理量，理解波形图中各点所表示的是质点相对平衡位置处的位移，最高（低）位置表示质点位移达到最大。在学习用图像法描述波以后，要让学生切实理解波长、频率和波速是描述波的特性的物理量，能用这些物理量描述机械波。在学生认识波长、频率和波速三者的关系后，应进一步加深对波的图像的认识，在本节课后，学生应能从波的图像中获取相关信息，对有关问题进行分析和推理，并能解释生产生活中的有关现象。
学情分析
通过前面的学习，学生已经具备运动学的基本知识及质点振动的特点和规律，但尚未涉及波的知识。因此，本节课从研究质点的振动出发，去掌握波的形成过程，使学生能顺利地掌握新知识。通过初中和高一物理的学习，学生已有一定的观察、实验能力，但抽象思维、推理和综合分析的能力较差。因此，本节课通过实验和计算机模拟辅助教学，引导学生分析动态过程，来进一步提高学生这几个方面的能力。
教学目标
1.能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义。
2.理解波长，频率和波速的意义及其关系。
3.能判断波的传播方向和质点的振动方向。
教学重难点
1.教学重点：理解波的图像的意义，理解波长、周期（频率）和波速的物理意义及它们之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。
2.教学难点：能够区分振动图像与波形图各自的物理意义，并清楚他们之间的联系。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
展示课件，观察水波
提问：水波在时间和空间上在做周期性变化，我们如何去描述水波？
提问：波是不断变化的，如果知道了某一时刻的水波，又如何判断上一时刻或下一时刻的水波呢？
学生观察图片思考回答问题。
引导学生深入思考问题，学会见到一个物理现象，想办法解得。
新课教学
一、波的图像
（一）波的图象表示法
在学生回答问题的基础上提示：我们可以用照象机把波的形状摄下来，就是按下快门瞬间各个质点离开各自平衡位置时的情形。我们就把这些质点连成曲线，就是该时刻的波的图象。
我们怎么准确描述上述图形中各个质点的位置？
可以建立直角坐标系：
（1）用横坐标表示在波传播方向上各质点的平衡位置。
（2）用纵坐标表示某时刻各质点偏离平衡位置的位移。
波的图像是在波的传播方向上介质中各振动质点的连线在某一时刻的波形．
（3）图像的物理意义：波的图像表示某一时刻各个质点相对平衡位置的位移。
（4）波的图象也称波形图或波形曲线．
（5）简谐波：如果波的图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也叫简谐波。
①简谐运动在介质中传播形成简谐波.
②简谐波是一种最基本、最简单的波.
然后提问：我们可以根据波的图像得出那些信息？
应用一：波的传播方向 质点的振动方向
（1）质点带动法
先振动的质点带动邻近的后振动质点，在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P′，若P′在P点下方，则P向下振动，若P′在上方，则P向上振动。
（2）图象微平移法
将波形图沿传播方向进行微小平移，再由x轴上某一位置的两波形曲线上的点来判定.
从波源沿传播方向看：上坡下，下坡上
上下坡法
判断方法：上坡上的质点向下振动，下坡上的质点向上振动
（4）三角形法
三角形顶部表示波峰或波谷
（5）同侧法
在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想在同一点沿水平方向画一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。
应用二：求波在任意时刻的波形图
画出经t=T/4后的波形图
（1）描点法：
操作：先找出两点（平衡位置和波峰及波谷特殊点）并确定其运动方向；然后确定经△t时间内这两点所达到的位置；最后按正弦规律画出新的波形。
（2）平移法:
操作：经过时间 ∆t，波在传播方向上移动的距离∆x,把图象沿传播方向平移∆x=v∆t即得到相对应的图象．
学生尝试回答问题。
尝试回答对波的波形图的描述问题。
学生按提示完成填空。
学生尝试完成画，然后进行交流。
引领学生思考问题。
引导学生思考波的图型的建立过程。
该部分有学生直接完成会有点难，采用填空的形式既能有探究又能完成内容。
理解图像的应用。
二、波长、频率和波速
（一）波长
在上节图中，从 t=0 到 t=T 这段时间里，由质点 P0 发出的振动传到质点 P8，使质点 P8 开始振动。这时质点 P0 恰好结束了一次全振动而开始下一次全振动，此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调相位是否完全一致？
此后质点 P0 和质点 P8 的振动步调相位完全一致。
像这样的质点你还能找到哪些？他们有什么共同点？
质点 P1和 P9 、P2和 P10……，他们振动的步调完全一致，且每两点的距离相等。
阅读课文，请总结波长的概念。
1.定义: 在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长。
2.几点说明 ：
（1）“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”
（2）位移总相等的两个质点,其速度也总是相等的，相位也相同。
（3）在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。
（4）相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。
（二）周期（T）、频率（f）
在振源 P0完成一次全振动的时间里,波是否也完成了一次周期性的波动?
提示：波源振动一个周期,其他被波源带动的质点也刚好完成一次全振动。
每个质点是否都在做受迫振动？如果都在做受迫振动，那么每个质点的振动周期与波源振动的关系是怎样的？
提示：各点都做受迫振动，受迫振动的一个规律是振动周期等于驱动力的周期。机械波的波源提供驱动力。
由振源 P0 发出的振动，经过一个周期 T，振动在介质中传播的距离等于多长一段距离？
提示：每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。
阅读课文，请总结周期（T）、频率（f）
的概念。
1.定义：波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）。
2.几点说明：
（1）波的周期和频率的关系：
（2）波的周期（或频率）应由波源决定，与传播波的介质无关。
（3）每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。
（4）每经历一个周期的时间，当前的波形图与原有的波形图相同。
（三）波速（v）
阅读课文，请总结波速（v）的概念。
1.定义：单位时间内振动所传播的距离叫做波速。
2.物理意义：反映振动在介质中传播的快慢程度.
3.几点说明：
（1）波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同。
2）一列波在同一均匀介质中是匀速传播的。
（3）要区分波速与质点振动速度的含义。
学生尝试回答问题。
学生阅读课文并回答波长的概念。
学生在老师的引导下总结说明。
学生尝试回答问题
学生阅读课文并回答周期（T）、频率（f）的概念。
学生在老师的引导下总结说明。
学生阅读课文并回答周期（T）、频率（f）的概念。
学生在老师的引导下总结说明。
让学生感受波长的建立过程。
锻炼学生总结归纳能力。
让学生感受周期、频率的建立过程。
锻炼学生总结归纳能力。
锻炼学生总结归纳能力。
三、波的多解性
思考与讨论
思考与讨论：图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.1 s时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？
在学生思考基础上，引领学生总结：
（二）波的多解问题
1．造成波动问题多解的主要因素
(1)周期性
①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解．
②空间周期性：沿传播的方向上，相隔波长的整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解．
(2)双向性
对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然。
①传播方向双向性：波的传播方向不确定．
②振动方向双向性：质点振动方向不确定．
2．波动问题的几种可能性
(1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能。
(2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能。
(3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能。
(4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等。
3．解决波的多解问题的方法
(1)解决周期性多解问题时，一般采用从特殊到一般的思维方法，即找出一个周期内满足条件的关系Δ t或Δ x，若此关系为时间，则t ＝ nT＋ Δ t(n ＝ 0，1，2，…)；若此关系为距离，则x ＝ n λ＋Δ x(n ＝ 0，1，2，…)。
(2)解决双向性多解问题时,养成全面思考的习惯，熟知波有向正、负(或左、右)两方向传播的可能，质点有向上、下(或左、右)两方向振动的可能。
现在你可以回答思考与讨论了吗？
提示：只知道两个时刻的波形,不能判断波的传播方向。图示波形中,若0.1s=(n+ )T,可判定波向-x方向传播，若0.1s=(n+ )T,可判定波向+x方向传播。
学生充分思考并写下自己的答案。
学生回答空白部分。
学生修正自己答案并交流。
先让学生充分思考，激发学生深入思考。
简化思考难度，引导学生思考。
学以致用，引导学生学会分析问题。
课堂总结
板书设计
第2节 波的描述
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本次教学活动，教师采用了演示法，讨论法、实验法和计算法等多种教学方法，形式多样，使学生的学习过程更加生动有趣。通过本次教学，学生不仅掌握了波的基本概念和分类，还深入了解了波的传播和叠加等方面的知识，同时提高了学生的实验能力和数学运算能力。但是，教师在教学过程中也存在一些不足。首先，时间的分配需要更加合理，两节课的时间对于本章节的内容来说有些紧张，教师需要更好地安排时间，保证每个部分的教学效果。其次，教师需要更多地引导学生界考，让学生自主探究，培养学生的思维能力和探究精神，增强学生的学习主动性和自我学习能力。
本篇文档主要针对人教版高中物理选择性必修第一册《波的描述》一章，介绍了该章节的教学内容、教学方法和教学反思。在教学的实践过程中,要根据学生的实际情况和教学目标,灵活运用各种教学方法，注重培养学生的实验能力和数学运算能力，同时引导学生思考，培养学生的思维能力和探究精神,提高学生的学习主动性和自我学习能力。