“機械波的形成和傳播”教學(xué)設(shè)計及課堂實錄

楊 軍 馮 源 黃 鑑

(成都七中 四川 成都 610041)

2013年4月，本文作者之一在本校開設(shè)了一次成都市市級公開課，據(jù)此撰寫了此文.授課對象為高二學(xué)生，所用教材為教科版《物理·選修3-4》.

設(shè)計思想：本課以學(xué)生個體回答的形式引入機械波．然后從整體發(fā)展出發(fā)，采用分組實驗的形式，讓學(xué)生以繩波為例自行分析機械波的形成和傳播，從而充分發(fā)揮學(xué)生主體作用，體現(xiàn)教學(xué)的實效性．同時，還在其間引入學(xué)生活動，用“人浪”模擬機械波，使學(xué)生親身體驗質(zhì)點間的相互作用是機械波形成和傳播的關(guān)鍵，并以此為依據(jù)從力學(xué)和運動學(xué)兩個角度說明橫波、縱波的區(qū)分．

教材分析：本節(jié)是本章的第一節(jié)內(nèi)容，講述了機械波的形成、傳播和描述方法．從教科書結(jié)構(gòu)來看，呈現(xiàn)了從具體直觀到抽象的認知過程，即從具體的繩波過渡到波的圖像，接著再從質(zhì)點振動方向與波傳播方向的關(guān)系去具體認識波：橫波和縱波．最后提出簡諧波的概念．整體內(nèi)容不難，但相關(guān)概念的形成需要細致琢磨．

學(xué)情分析：學(xué)生對本節(jié)的活動中所涉及的問題能有感性認識，但認識深度恐有不夠．其次，學(xué)生可能會對活動本身投入較多而忽略了相關(guān)問題．另外，要求學(xué)生從活動中提煉出相關(guān)概念也是有一定難度的．

教學(xué)方法：分組實驗、學(xué)生活動、討論探究(問答方式)、多媒體課件與相關(guān)動畫．

教學(xué)用具：鐵鏈，長綢帶，水波演示儀，縱波發(fā)生器等．

教學(xué)過程

過程步驟教師活動學(xué)生活動或回答(根據(jù)課堂實錄整理)設(shè)計意圖解決問題 1.抽選某小組學(xué)生代表回答相應(yīng)問題,得出機械波的定義、形成條件、形成特點. ★問題一:如果手不沿桌面上下振動,繩子處于什么狀態(tài)? ★追問:該問題涉及到一個概念,跟機械波的形成條件有關(guān),是什么概念呢? 適當(dāng)點評并引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:波源(機械波的形成條件之一). ★問題二:手沿桌面向上抖動一次和向下抖動一次,你看到了什么現(xiàn)象? ★追問:該問題也涉及到一個概念,以前還學(xué)習(xí)過的,在交變電流中也出現(xiàn)過.是什么概念呢? 適當(dāng)點評并引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:波峰、波谷. ★問題三:手連續(xù)抖動,你看到了什么現(xiàn)象? ★追問:該問題又能涉及哪些概念呢?(提示:沒有鐵鏈的話,能否形成這種“變化的正弦圖像”?) 適當(dāng)點評并引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:介質(zhì)(機械波的形成條件之二). ★問題四:鐵鏈一端的振動是怎樣傳到另一端的?鐵鏈上有標(biāo)記的兩點怎樣運動?隨波前進嗎? 1.學(xué)生回答相應(yīng)問題(學(xué)生可參考教材作答): ★回答問題一: B:鐵鏈處于靜止?fàn)顟B(tài).(正確) ★回答追問: C:力改變運動狀態(tài); D:振動要有條件; E:運動需要能量; F:該問題涉及到波源的概念.(正確) ★回答問題二: G:鏈條在搖擺; H:因為有摩擦力,振幅在減小; I:手沿桌面向上抖動一次時,一個向上凸起的形狀沿鐵鏈向另一端傳去;向下抖動一次時,一個向下凹下的形狀沿鐵鏈向另一端傳去.(正確) ★回答追問: J:有簡諧運動的函數(shù)圖像的影子. K:該問題涉及到波峰、波谷的概念.(正確) ★回答問題三: L:沿桌面連續(xù)向上下抖動時,形成不斷變化的(類似)正弦的圖像.波峰、波谷在不斷移動.(正確) ★回答追問: M:簡諧運動; N:不是簡諧運動,因為小環(huán)所受回復(fù)力不一定跟位移成正比,只能是機械振動; O:該問涉及的概念是介質(zhì),這正是機械波的形成條件之二.(正確) ★回答問題四: P:鐵鏈中的前一小環(huán)(質(zhì)點)會牽動后一小環(huán)運動,后一小環(huán)再帶動更后面的小環(huán),從而使鐵鏈一端的振動傳遞到了另一端. I(補充):鐵鏈的各部分之間都有相互作用的彈力,所以當(dāng)手抖動繩的一端時,引起的振動就不限于鐵鏈的這一端,而是沿鐵鏈向另一端傳去,振動狀態(tài)在鐵鏈上的傳播就形成了波.分析機械波的形成過程

過程步驟教師活動學(xué)生活動或回答(根據(jù)課堂實錄整理)設(shè)計意圖解決問題 ★追問:該問題又涉及哪些概念呢? 適當(dāng)點評并引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:相互作用力、質(zhì)點的振動方向、波的傳播方向. 教師板書Ⅰ 2.引入模擬實驗:我們能判斷出波動是靠鐵鏈上各質(zhì)點之間的相互作用來傳播的,但始終不便直接體驗這種相互作用力.為此,我們有必要再來一個小活動,讓同學(xué)們用人浪模擬機械波. 執(zhí)行步驟一:安排學(xué)生進行人浪活動以模擬機械波.要求學(xué)生之間手挽手,并且最好閉上眼睛進行模擬,以感受相互作用力. ★引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:受迫振動. 執(zhí)行步驟二:要求學(xué)生仍然閉上眼睛同時松開雙手,再嘗試進行機械波的模擬,以深度體驗相互作用力對于機械波形成的重要性. 3.活動:引導(dǎo)學(xué)生參照教材第23頁圖2-1-3細致分析繩波的形成過程,并用磁鐵在黑板上擺出類似的波形圖以作示范. 提出問題:如果波源在右方,且起振方向向下,機械波向左傳播的相應(yīng)時刻波形如何?可否上臺用磁鐵擺出?教師可利用手搖橫波模擬器對照比較. Q(補充):后一個小環(huán)的運動狀態(tài)總是滯后并重復(fù)前一個環(huán)的運動. F(補充):另外,繩上有標(biāo)記的兩點左右振動,不會隨波前進.(以上都正確) ★回答追問: R:彈力(相互作用); S:有兩種運動形式. 2.抽選學(xué)生到教室前排進行人浪活動來模擬機械波,體驗質(zhì)點之間的相互作用. 步驟一要求:閉眼、手挽手 步驟二要求:閉眼、松手 3.學(xué)生F等人上臺利用黑板上的磁鐵按要求擺出T4,T2,3T4,T等不同時刻的波形圖.分析機械波的形成過程體驗相互作用力對于機械波形成的重要性

過程步驟教師活動學(xué)生活動或回答(根據(jù)課堂實錄整理)設(shè)計意圖解決問題 4.問題五:剛才有提到,介質(zhì)中的質(zhì)點并不隨波遷移,但我們明明又看到波形在往前傳播,那么機械波傳播的實質(zhì)到底是什么呢? ★引導(dǎo)學(xué)生提煉相關(guān)概念:振動形式和能量. 教師板書Ⅱ 5.引入例題: 【例1】如下圖所示,沿水平方向的介質(zhì)中的部分質(zhì)點,每相鄰兩質(zhì)點的距離相等,其中O為波源,從波源通過平衡位置豎直向下振動開始計時,若不考慮機械能的損失,則下列關(guān)于質(zhì)點的振動和介質(zhì)中的波的說法中不正確的是 A.介質(zhì)中所有質(zhì)點的起振方向都是豎直向下的,但圖中質(zhì)點9起振最晚 B.圖中所畫出的質(zhì)點起振時間都是相同的,起振的位置和起振的方向是不同的 C.圖中質(zhì)點8完全重復(fù)質(zhì)點7的振動,但總比質(zhì)點7落后 D.質(zhì)點1至9的振動都是受迫振動 【例2】如圖所示,一列長度為x的繩波以速度v向右勻速傳播,欲通過一長度為d的圓管. (1)求該列繩波從開始進入到整體完全穿出圓管所用的時間; (2)該列波完全穿出圓管之后的波形是? (3)繩上A點是否隨波一起向右通過該管? 教師歸納:例1涉及機械波的形成,例2則關(guān)注機械波的傳播. 4.回答問題五: C:傳播的是能量(機械能); B(補充):還傳播了振動的形式. 5.抽選學(xué)生解答例題: T: 例1:B B: 例2: (1)(x+d)v; (2)左邊第一副圖; (3)A點不會隨波向右通過該管.了解機械波的傳播實質(zhì)應(yīng)用舉例歸納提升 接著要談的是機械波的分類,分類的目的是為了便于研究.先看一下跟剛才的繩波不同的一種機械波. 1.教師利用縱波發(fā)生器演示縱波. ★提出問題:那么,我們該如何分類呢? 2.提出概念:疏部、密部.(對應(yīng)橫波波峰、波谷來理解) 教師板書Ⅲ 3.簡諧波的概念. ★提出問題:那么,簡諧波的特點是什么? 說明:簡諧波可以是橫波,也可以是縱波.我們的習(xí)題往往只針對這種理想化的簡諧波. 教師板書Ⅳ 1.學(xué)生回答: V:按介質(zhì)中質(zhì)點振動方向和波的傳播方向關(guān)系不同,將波分為橫波和縱波.(學(xué)生回答時可參考教材) 2.學(xué)生對比疏部、密部與波峰、波谷. 3.學(xué)生回答: B:波源和介質(zhì)中各質(zhì)點的振動是簡諧運動.觀看簡諧波模擬動畫:知道機械波的分類方式提出簡諧波的概念

過程步驟教師活動學(xué)生活動或回答(根據(jù)課堂實錄整理)設(shè)計意圖應(yīng)用 教材第24頁,練習(xí)與評價(可作課后作業(yè)) 當(dāng)堂練習(xí)或作課后作業(yè)具體應(yīng)用結(jié)束 1.小結(jié):略. 2.結(jié)束語:水波離開了它產(chǎn)生的地方,而那里的水并不離開,就像風(fēng)在田野里掀起的麥浪.我們看到,麥浪滾滾地在田野里奔去,但是麥子卻仍舊留在原來的地方.———達芬奇 1.回顧本節(jié)內(nèi)容 2.學(xué)生齊聲朗讀結(jié)束語.結(jié)束

板書設(shè)計：

教師板書Ⅰ

一、機械波的形成和傳播

1.機械波的定義：機械振動在介質(zhì)中的傳播．

2.條件：①波源；②介質(zhì)．

3.形成特點：波源的振動形式通過介質(zhì)中的相互作用得以傳播，從而形成機械波．

教師板書Ⅱ

4.傳播實質(zhì)：①振動形式；②能量(機械能)．

教師板書Ⅲ

二、機械波的分類：

①橫波：振動方向與傳播方向垂直.

②縱波：振動方向與傳播方向平行．

我們了解了機械波的形成和傳播，也知道了機械波的分類方式，最后還要補充一個理想化的概念：簡諧波.

教師板書Ⅳ

三、簡諧波：簡諧運動在介質(zhì)中的傳播．

(說明：加下劃線的板書內(nèi)容可在教材上勾畫或用PPT展現(xiàn))