高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 波的描述优秀学案设计

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【学习目标】
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。
【学习重难点】
1.教学重点：机械波在传播过程中，介质中质点在各自平衡位置的振动情况以及振动以波的形式在介质中传播的理解。
2.教学难点：机械波传播的是振动形式和能量，而质点本身并不随波的传播方向而迁移。
【知识回顾】
一、横波和纵波
机械波可分为横波和纵波两类，其波形及描述对比如下：
二、机械波
1．介质
(1)定义：绳、弹簧、水、空气等__波__借以传播的物质。
(2)特点：组成介质的质点之间有__相互作用__，一个质点的振动会引起相邻质点的振动。
2．形成
机械振动在__介质__中传播，形成机械波。
3．两个产生条件
(1)要有__振源__。
(2)要有传播振动的__介质__。
4．传递的三个特点
(1)介质中的机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，它传播的只有__振动__这种运动形式。
(2)波是传递__能量__的一种方式。
(3)波可以传递__信息__。
【自主预习】
一、波的图像
1．波的图像的画法
(1)建立坐标系，描点
用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移．得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点．
(2)连线
用一条平滑的曲线把各点连接起来就是这一时刻波的图像，有时也称波形图.
2．正弦波(简谐波)
(1)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．
(2)简谐波中各质点的振动是简谐运动．
3．波形图与振动图像
(1)波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移．
(2)振动图像表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移．
二、波长、频率和波速
1．波长λ
(1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离．
(2)特征
①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．
②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．
2．周期T、频率f
(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)也叫波的周期(或频率)．
(2)周期T和频率f的关系：f＝eq \f(1,T).
(3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长．
3．波速
(1)定义：机械波在介质中的传播速度．
(2)决定因素：由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同(选填“相同”或“不同”)的．
(3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝eq \f(λ,T)＝λf.
【课堂探究】
【新课导入】
观察水波，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？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？

【新课教学】
任务一、波的图像
（一）波的图象表示法
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？
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 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：
上下坡法
判断方法：上坡上的质点 振动，下坡上的质点 振动
（4）三角形法
（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 。
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：
（2）平移法:
任务二、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？
像这样的质点你还能找到哪些？他们有什么共同点？
阅读课文，请总结波长的概念。
1.定义:
2.几点说明 ：
（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?
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？
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？
阅读课文，请总结波长的概念。
定义：
2.几点说明：
（三）波速（v）
阅读课文，请总结波速（v）的概念。
定义：
物理意义：
3.几点说明：
任务三、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？
（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 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 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 性：波的传播方向不确定．
②振动方向 性：质点振动方向不确定．
2．波动问题的几种可能性
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 ＝ ；若此关系为距离，则x ＝ 。
(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 两方向传播的可能，质点有 两方向振动的可能。
现在你可以回答思考与讨论了吗？
【自我测评】
1.(多选)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某个时刻的波形图，由图像可知( )
A．质点b此时位移为零
B．质点b此时向－y方向运动
C．质点d的振幅是2 cm
D．质点a再经过eq \f(T,2)通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是4 cm
2. (多选)如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的振动方向如图所示．则( )
A．该波向右传播
B．质点B和D的运动方向相同
C．质点C比质点B先回到平衡位置
D．此时质点F和H的加速度相同
3.(多选)如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，从波传到x＝5 m的M点时开始计时，已知P点相继出现两个波峰的时间间隔为0.4 s，下面说法中正确的是( )
A．这列波的波长是4 m
B．这列波的传播速度是10 m/s
C．质点Q(x＝9 m)经过0.5 s才第一次到达波峰
D．M点以后各质点开始振动的方向都是向下的
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？定义
标识性物理量
实物波形
横
波
质点的振动方向与波的传播方向相互__垂直__的波
①波峰：凸起的__最高处__
②波谷：凹下的__最低处__
纵
波
质点的振动方向与波的传播方向在__同一直线上__的波
①密部：质点分布__最密__的位置
②疏部：质点分布__最疏__的位置