高二物理選修3-4教案

U.1簡諧運動

教學目的

(1)了解什么是機械振動、簡諧運動

(2)正確理解簡諧運動圖象的物理含義，知道簡諧運動的圖象是一條正弦或余弦曲線。

2.能力培養通過觀察演示實驗，概括出機械振動的特征，培養學生的觀察、概括能力

教學重點：使學生掌握簡諧運動的回復力特征及相關物理量的變化規律

教學難點：偏離平衡位置的位移與位移的概念容易混淆；在一次全振動中速度的變化

課型：啟發式的講授課

教具：鋼板尺、鐵架臺、單擺、豎直彈簧振子、皮筋球、氣墊彈簧振子、微型氣源

教學過程(教學方法)

教學內容

［引入］我們學習機械運動的規律，是從簡單?到復雜：勻速運動、勻變速直線運動、平拋運動、

勻速圓周運動，今天學習一種更復雜的運動一簡諧運動。

1.機械振動

振動是自然界中普遍存在的一種運動形式，請舉例說明什么樣的運動就是振動？

［講授］微風中樹枝的顫動、心臟的跳動、鐘擺的擺動、聲帶的振動……這些物體的運動都是

振動。請同學們觀察幾個振動的實驗，注意邊看邊想：物體振動時有什么特征？

［演示實驗］(1)一端固定的鋼板尺［見圖1(a)］(2)單擺［見圖1(b)］

(3)彈簧振子［見圖1(c)(d)］(4)穿在橡皮繩上的塑料球［見圖I(e)］

圖1

｛提問｝這些物體的運動各不相同：運動軌跡是直線的、曲線的；運動方向水平的、豎直的;

物體各部分運動情況相同的、不同的……它們的運動有什么共同特征？

｛歸納｝物體振動時有一中心位置，物體（或物體的一部分）在中心位置兩側做往復運動，

振動是機械振動的簡稱。

2.簡諧運動

簡諧運動是一種最簡單、最基本的振動，我們以彈簧振子為例學習簡諧運動。

（1）彈簧振子

演示實驗：氣墊彈簧振子的振動

［討論］a.滑塊的運動是平動，可以看作質點

b.彈簧的質量遠遠小于滑動的質量，可以忽略不計，一個輕質彈簧聯接一個質點，彈

簧的另一端固定，就構成了一個彈贊振子

c.沒有氣墊時，阻力太大，振子不振動；有了氣墊時，阻力很小，振子振動。我們研

究在沒有阻力的理想條件下彈簧振子的運動。

（2）彈簧振子為什么會振動？

物體做機械振動時，一定受到指向中心位置的力，這個力的作用總能使物體回到中心位置，

這個力叫回復力，回復力是根據力的效果命名的，對于彈簧振子，它是彈力。

回復力可以是彈力，或其它的力，或幾個力的合力，或某個力的分力。

在0點，回復力是零，叫振動的平衡位置。

（3）簡諧運動的特征

彈簧振子在振動過程中，回復力的大小和方向與振子偏離平衡位置的位移有直接關系。在

研究機械振動時，我們把偏離平衡位置的位移簡稱為位移。

3、簡諧運動的位移圖象——振動圖象

簡諧運動的振動圖象是一條什么形狀的圖線呢？簡諧運動的位移指的是什么位移？（相對平衡位置

的位移）

【演示】當彈簌振子振動時，沿垂置于振動方向勻速拉動紙帶，毛筆P就在紙帶上畫出一條振動曲

x/mm

說明：勻速拉動紙帶時，紙帶移動的距離與時間成正比，紙帶拉動一定的

距離對應振子振動一定的時間，因此紙帶的運動方向可以代表時間軸的方向，

紙帶運動的距離就可以代表時間。

0產。6/?124t

介紹這種記錄振動方法的實際應用例子：心電圖儀、地震儀。'V\

理論和實驗都證明：（1）簡諧運動的振動圖象都是正弦或余弦曲線。-20/\

讓學生思考后回答：振動圖象在什么情況5是正弦，什么情況卜是余弦？

（由開始計時的位置決定）

小結：

作業：1、必作部分2.完成第195頁第（3）題

2、簡諧運動的描述

教學目標：

1.知道簡諧運動的振幅、周期和頻率的含義。

2.理解周期和頻率的關系。

3.知道振動物體的固有周期和固有頻率，并正確理解與振幅無關。

重點難點：振幅、周期和頻率的物理意義；理解振動物體的固有周期和固有頻率與振幅無關。

教學方法：實驗觀察、講授、討論，計算機輔助教學。

教具：彈簧振子，音叉，

教學過程

1.新課引入

上節課講了簡諧運動的現象和受力情況。我們知道振子在回復力作用下，總以某一位置為中心做往

復運動。現在我們觀察彈簧振子的運動。將振子拉到平衡位置0的右側，放手后，振子在0點的兩側做

往復運動。振子的運動是否具有周期性？

在圓周運動中，物體的運動由于具有周期性，為了研究其運動規律，我們引入了角速度、周期、轉

速等物理量。為了描述簡諧運動，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和頻率。

2.新課講授

hh,

實驗演示：觀察彈簧振子的運動，可知振子總在一定范圍內運動。說明振孑頌g堿踴瑜

子離開平衡位置的距離在一定的數值范圍內，這就是我們要學的第一個概念乂＞......號:,“次....M.、

—振幅。

（1）、振幅A：振動物體離開平衡位置的最大距離。我們要注意，振幅是振動物體離開平衡位置的

最大距離，而不是最大位移。這就意味著，振幅是一個數值，指的是最大位移的絕對值。

【板書】2、振動的周期和頻率

（1）、振動的周期T：做簡諧運動的物體完成一次全振動的時間。

振動的頻率f：單位時間內完成全振動的次數。

（2）、周期的單位為秒（s）、頻率的單位為赫茲（Hz）。

實驗演示：卜面我們觀察兩個勁度系數相差較大的彈簧振子，讓這兩個彈簧振子開始振動，用秒表

或者脈搏計時，比較一下這兩個振子的周期和頻率。演示實驗表明，周期越小的強黃振子，頻率就越大。

【板書】（3）、周期和頻率都是表示振動快慢的物理量。兩者的關系為：T=l/f或f=l/T

舉例來說，若周期T=0.2s,即完成一次全振動需要0.2s,那么1s內完成全振動的次數，就是l/0.2=5s±

也就是說，Is鐘振動5次，即頻率為5Hz.

【板書】3、簡諧運動的周期或頻率與振幅無關

實驗演示（引導學生注意聽）：敲一下音叉，聲音逐漸減弱，即振幅逐漸減小，但音調不發生變化，即頻率

不變.

【板書】振子的周期（或頻率）由振動系統本身的性質決定，稱為振子的固有周期或固有頻率.

例如:一面鑼，它只有一種聲音，用錘敲鑼，發出響亮的鑼聲，鑼聲很快弱卜.去，但不會變調.擺動著的秋千,

雖擺動幅度發生變化，但頻率不發生變化.彈簧振子在實際的振動中，會逐漸停下來，但頻率是不變的.這些

都說明所有能振動的物體,都有自己的固有周期或固有頻率.

鞏固練習：

1.A、B兩個完全一樣的彈簧振子，把A振子移到A的平衡位置右邊10cm,把B振子移到B的平

衡位置右邊5cm,然后同時放手，那么：

A.A、B運動的方向總是相同的.

B.A、B運動的方向總是相反的.

C.A、B運動的方向有時相同、有時相反.

D.無法判斷A、B運動的方向的關系.

作業

1.動手作業：同學們自己制作一個彈簧振子，觀察其運動.分別改變振子振動的振幅、彈簧的勁度和

振子的質量，其周期和頻率是否變化？

2.書面作業：把課本162頁練習二（1）、（2）題做在練習本上.

3、簡諧運動的回復力和能量

一、教學目的

I.掌握簡諧運動的定義；了解簡諧運動的運動特征；掌握簡諧運動的動力學公式；了解簡

諧運動的能量變化規律。

2.引導學生通過實驗觀察，概括簡諧運動的運動特征和簡諧運動的能量變化規律，培養歸

納總結能力。

3.結合舊知識進行分析，推理而掌握新知識，以培養其觀察和邏輯思維能力。

二、教學難點

1.重點是簡諧運動的定義；

2.難點是簡諧運動的動力學分析和能量分析。

三、教具：彈簧振子，掛圖。

四、主要教學過程

（-）引入新課

提問1：什么是機械振動？

答：物體在平衡位置附近做往復運動叫機械振動。

提問2：振子做什么運動？

日常生活中經常會遇到機械振動的情況：機器的振動，橋梁的振動，樹枝的振動，樂器的

發聲，它們的振動比較復雜，但這些復雜的振動都是由簡單的振動的組成的，因此，我們的研究

仍從最簡單、最基本的機械振動開始。剛才演示的就是一種最簡單、最基本的機械振動，叫做簡

諧運動。

提問3：過去我們研究自由落體等勻變速直線運動是從哪幾個角度進行研究的？

今天，我們仍要從運動學（位移、速度、加速度）研究簡諧運動的運動性質；從動力學（力

和運動的關系）研究簡諧運動的特征，再研究能量變化的情況。

（二）新課教學

（第二次演示豎直方向的彈簧振子）

提問4：大家應明確觀察什么？（物體）

提問5：上述四個物理量中，哪個比較容易觀察？

提問6：做簡諧運動的物體受的是恒力還是變力？力的大小、方向如何變？

小結：簡諧運動的受力特點：回復力的大小與位移成正比，回復力的方向指向平衡位置

提問7：簡諧運動是不是勻變速運動？

小結：簡諧運動是變速運動，但不是勻變速運動。加速度最大時，速度等于零：速度最大時，加

速度等于零。

提問8：從簡諧運動的運動特點，我們來看它在運動過程中能量如何變化？讓我們再來觀察。

提問9：振動前為什么必須將振子先拉離平衡位置？（外力對系統做功）

提問10：在A點，振子的動能多大？系統有勢能嗎？

提問11：在O點，振子的動能多大？系統有勢能嗎？

提問12：在D點，振子的動能多大？系統有勢能嗎？

提問13：在B,C點，振子有動能嗎？系統有勢能嗎？

小結：簡諧運動過程是一個動能和勢能的相互轉化過程。

（三）總結：

（四）布置作業：

4、單擺

一、教學目標

1.知識目標：

（1）知道什么是單擺；

（2）理解單擺振動的回復力來源及做簡諧運動的條件；

（3）知道單擺的周期和什么有關，掌握單擺振動的周期公式，并能用公式解題。

2.能力目標：觀察演示實驗，概括出影響周期的因素，培養由實驗現象得出物理結論的能力。

二、教學重點、難點分析

1.本課重點在于掌握好單擺的周期公式及其成立條件。

2.本課難點在于單擺回復力的分析。

三、教具:兩個單擺（擺長相同，質量不同）

四、教學過程

（-）引入新課

在前面我們學習了彈簧振子，知道彈簧振子做簡諧運動。那么：物體做簡諧運動的條件是什么？

答：物體做機械振動，受到的回復力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。

今天我們學習另一種機械振動——單擺的運動

(-)進行新課

1、閱讀課本第167頁到168頁第一段，思考：什么是單擺？

答：,根細線上端固定，下端系著一個小球，如果懸掛小球的細線的伸長和質量可以忽略，細線的

長度又比小球的直徑大得多，這樣的裝置就叫單擺。

物理上的單擺，是在一個固定的懸點下，用一根不可伸長的細繩，系住一個一定質量的質點，在豎

直平面內擺動。所以，實際的單擺要求繩子輕而長，擺球要小而重。擺長指的是從懸點到擺球重心的距

離。將擺球拉到某一高度由靜止釋放，單擺振動類似于鐘擺振動。擺球靜止時所處的

位置就是單擺的平衡位置。，不

物體做機械振動，必然受到回復力的作用，彈簧振子的回復力由彈簧彈力提供，/%'、

單擺同樣做機械振動，思考：單擺的回復力由誰來提供，如何表示？/:'

1)平衡位置當擺球靜止在平衡位置0點時，細線豎直下垂，擺球所受重力G/'

和懸線的拉力F平衡，0點就是擺球的平衡位置。G

2)回復力單擺的回復力F產G1=mgsin。，單擺的振動是不是簡諧運動呢？尸

單擺受到的回復力Fw=mgsine,如圖：雖然隨著單擺位移X增大，sin?也增大，G

但是回復力F的大小并不是和位移成正比，單擺的振動不是簡諧運動。但是，在。值圖2

較小的情況卜.(一般取把10。)，在誤差允許的范圍內可以近似的認為sinAX/L,近

似的有F=mgsin0=(mgXL)x=kx(k=tng/L),又回復力的方向始終指向O點，與位移方向相反，滿足

簡諧運動的條件，即物體在大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反的回復力作用下的振動，F=-

(mg/L)x=-kx(k=mg/L)為簡諧運動。所以，當心10。時，單擺振動是簡諧運動。

條件：擺角七10。

位移大時，單擺的回復力大，位移小，回復力小，當單擺經過平衡位置時，單擺的位移為0,回復力

也為0,思考：此時，單擺所受的合外力是否為0?

單擺此時做的是圓周運動，做圓周運動的物體受向心力，單擺也不能例外，也受到向心力的作用(引

導學生思考，單擺作圓周運動的向心力從何而來？)o在平衡位置，擺球受繩的拉力F和重力G的作用，

繩的拉力大于重力G,它們的合力充當向心力。

所以，單擺經過平衡位置時;受到的回復力為0，但是所受的合外力不為00

3.單擺的周期

我們知道做機械振動的物體都有振動周期，請思考：

單擺的周期受那些因素的影響呢？

生：可能和擺球質量、振幅、擺長有關。

單擺的周期是否和這些因素有關呢？下面我們用實驗來證實我們的猜想

為了減小對實驗的干擾，每次實驗中我們只改變一個物理量，這種研究問題的方法就是一控制變

量法。首先，我們研究擺球的質量對單擺周期的影響：

那么就先來看-卜.擺球質量不同，擺長和振幅相同，單擺振動周期是不是相同。

［演示1］將擺長相同，質量不同的擺球拉到同一高度釋放。

現象：兩擺球擺動是同步的，即說明單擺的周期與擺球質量無關，不會受影響。

這個實驗主要是為研究屬于簡諧運動的單擺振動的周期，所以擺角不要超過10。。

接下來看一下振幅對周期的影響。

［演示2］擺角小于10。的情況下，把兩個擺球從不同高度釋放。(由一名學生來完成實驗驗證，教

師加以指導)

現象：擺球同步振動，說明單擺振動的周期和振幅無關。

剛才做過的兩個演示實驗，證實了如果兩個擺擺長相等，單擺振動周期和擺球質量、振幅無關。如

果擺長L不等，改變了這個條件會不會影響周期？

［演示3］取擺長不同，兩個擺球從某一高度同時釋放，注意要好10。。(由一名學生來完成實驗驗

證，教師加以指導)

現象：兩擺振動不同步，而且擺長越長，振動就越慢。這說明單擺振動和擺長有關。

具體有什么關系呢？荷蘭物理學惠更斯研究了單擺的振動，在大量可靠的實驗基礎上，經過一系列

的理論推導和證明得到：單擺的周期和擺長1的平方根成正比，和重力加速度g的平

方根成反比，雷=21rjr

周期公式：

同時這個公式的提出，也是在單擺振動是簡諧運動的前提下，條件：擺角9410。

由周期公式我們看到T與兩個因素有關，當g一定，T與、A成正比：當L一定，T與小成反比：L,

g都一定，T就?定了，對應每一個單擺有一個固有周期T,

(三)課堂小結：本節課主要講了單擺振動的規律，只有在。＜10。時單擺振動才是簡諧運動；單擺振

丁="

動周期K

例1：已知某單擺的擺長為L,振動周期為T,試表示出單擺所在地的重力加速度g.

例2：有兩個單擺，甲擺振動了15次的同時，乙擺振動了5次,則甲乙兩個擺的擺長之比為。

5、外力作用下的振動

一、教學目標

(1)知道阻尼振動和無阻尼振動，并能從能量的觀點給予說明。

(2)知道受迫振動的概念。知道受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，而跟振動物體的固有

頻率無關。

(3)理解共振的概念，知道常見的共振的應用和危害。

二、教學重點、難點：受迫振動，共振。

三、教具：彈簧振子、受迫振動演示儀、擺的共振演示器

四、教學過程

（-）復習提問

讓學生注意觀察教師的演示實驗。教師把彈簧振子的振子向右移動至B點，然后釋放，則振

子在彈性力作用下，在平衡位置附近持續地沿直線振動起來。重復兩次讓學生在黑板上畫出振動

圖象的示意圖（圖1中的I）?

圖1

再次演示上面的振動，只是讓起始位置明顯地靠近平衡位置，再讓學生在原坐標上畫出第

二次振子振動的圖象（圖1中的H）。1和n應同頻、同相、振幅不同。

結合圖象和振子運動與學生一起分析能量的變化并引入新課。

（二）新課教學

現在以彈簧振子為例討論一下簡諧運動的能量問題。

問：振子從B向O運動過程中，它的能量是怎樣變化的？引導學生答出彈性勢能減少，動能

增加。

問：振子從0向C運動過程中能量如何變化？振子由C向0、又由0向B運動的過程中，能量

又是如何變化的？

問：振子在振動過程中總的機械能如何變化？引導學生運用機械能守恒定律，得出在不計

阻力作用的情況下，總機械能保持不變。

教師指出：將振子從B點釋放后在彈簧彈力（回復力）作用下，振子向左運動，速度加大，

彈簧形變（位移）減少，彈簧的彈性勢能轉化為振子的動能。當回到平衡位置0時，彈簧無形變，

彈性勢能為零，振子動能達到最大值，這時振子的動能等于它在最大位移處（B點）彈簧的彈性

勢能，也就是等于系統的總機械能。

在任何一位置上，動能和勢能之和保持不變，都等于開始振動時的彈性勢能，也就是系統

的總機械能。

由于簡諧運動中總機械能守恒，所以簡諧運動中振幅不變。如果初始時B點與O點的距離越

大，到0點時，振子的動能越大，則系統所具有的機械能越大。相應地，振子的振幅也就越大，

因此簡諧運動的振幅與能量相對應。

問：怎樣才能使受阻力的振動物體的振幅不變，而一直振動卜.去呢？引導學生答出，應不

斷地向系統補充損耗的機械能，以使振動物體的振幅不變。

指出：這種振幅不變的振動叫等幅振動。

舉幾個等幅振動的例子，例如電鈴響的時候，鈴錘是做等幅振動。電磁打點計時器工

作時，打點針是做等幅振動。掛鐘的擺是做等幅振動。……它們的共同特點是，工作時振動物體

不斷地受到周期性變化外力的作用。

這種周期性變化的外力叫驅動力。

在驅動力作用下物體的振動叫受迫振動。

再讓學生舉幾個受迫振動的例子，例如內燃機氣缸中活塞的運動，縫紉機針頭的運動，揚

聲器紙盆的運動，電話耳機中膜片的運動等都是受迫振動。

問：受迫振動的頻率跟什么有關呢？

讓學生注意觀察演示（圖3）。用不同的轉速勻速地轉動把手，可以發現，開始振子的運動

情況比較復雜，但達到穩定后，振子的運動就比較穩定，可以明顯地觀察到受迫振動的周期等于

驅動力的周期。這樣就可以得到物體做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，而跟振子的固有頻率

無關。

問：受迫振動的振幅乂跟什么有關呢？

演示擺的共振（裝置如圖4〉，在一根繃緊的繩上掛幾個單擺，其中A、B、G球的擺長相等。

當使A擺動起來后，A球的振動通過張緊的繩給其余各擺施加周期性的驅動力，經一段時間后，

它們都會振動起來。驅動力的頻率等于A擺的頻率。實驗發現，在A擺多次擺動后，各球都將以A

球的頻率振動起來，但振幅不同，固有頻率與驅動力頻率相等的B、G球的振幅最大，而頻率與

驅動力頻率相差最大的D、E球的振幅最小。

明確指出：驅動力的頻率跟物體的固有頻率相等時I振幅最大，這種現象叫共振。

講解一下共振在技術上有其有利的一面，也存在不利的一面。結合課本讓同學思考，在生

活實際中利用共振和防止共振的實例。

三、請同學小結一下本節要點

I.振動物體都具有能量，能量的大小與振幅有關，振幅越大，振動能量也越大；

2.當振動物體的能量逐漸減小時，振幅也隨著減小，這樣的振動叫阻尼振動；

3.振幅保持不變的振動叫等幅振動；

4.物體在驅動力作用下的振動是受迫振動，受迫振動的頻率等于驅動力的頻率；

5.當驅動力的頻率等于物體的固有頻率時，受迫振動振幅最大的現象叫共振；共振在技術

上有其有利的一面，也存在不利的一面；有利的要盡量利用，不利的要盡量防止。

四、鞏固練習

支持火車車廂的彈簧的固有頻率為2Hz,行駛在每節鐵軌長10米的鐵路匕則當運行速度為

___m/s時，車廂振動最劇烈。［20m/s］

12.1波的形成和傳播

一、教學目標

1、知識目標：

①知道直線匕機械波的形成過程

②知道什么是橫波，波峰和波谷

③知道什么是縱波，密部和疏部

④知道“機械振動在介質中傳播，形成機械波”，知道波在傳播運動形式的同時也傳遞了能量

2、能力目標：

①培養學生進行科學探索的能力

②培養學生觀察、分析和歸納的能力

③培養學生的空間想象能力和思維能力

二、教學重點、難點分析

機械波的形成過程及傳播規律是本節課的重點，也是本節課的難點。

三、教學方法

實驗探索和計算機輔助教學

四、教具

絲帶、波動演示箱、水平懸掛的長彈簧、音叉

五、教學過程

（-）引入新課

［演示］抖動絲帶的一端，產生一列凹凸相間的波在絲帶上傳播（激發興趣，引出課題）

在這個簡單的例子中，我們接觸到一種廣泛存在的運動形式——波動，請同學們再舉出幾個有關波

的例子。（學生舉例，活躍氣氛；讓學生在大量生活實例中感觸波的存在，增強感性認識。）

學生會列舉水波、聲波、無線電波、光波。教師啟發，大家聽說過地震嗎？學生會想到地震波。

水波、聲波、地震波都是機械波，無線電波、光波都是電磁波。這一章我們學習機械波的知識，以

后還會學習電磁波的知識。

（-）進行新課

現在學習第一節，波的形成和傳播。

【板書】一、波的形成和傳播

［演示］撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產生一列疏密相間的波沿彈簧傳播；

［演示］敲擊音叉，聽到聲音，這是聲波在空氣中傳播（指明，雖然眼睛看不到波形，但它客觀存

在，也是疏密相間的波形）

師生共同分析，得出波產生的條件：①波源，②介質。（為研究波的形成奠定基礎）

波是怎樣形成的呢？為什么會有不同的波形？波傳播的是什么呢？（設置疑問，激發學生的探究欲

望）

【板書】實驗探索

發放“探索波的形成和傳播規律”的實驗報告，進行實驗探索并完成實驗報告。

實驗目的：探索波的形成原因和傳播規律

實驗（一），學生分組實驗：每兩人一條絲帶（60cm左右），觀察絲帶上凹凸相間的波。

實驗步驟：

（1）、將絲帶一端用手指按在桌面上，手持另一端沿水平桌面抖動，在絲帶上產生一列凹凸相間的

波向另一端傳播。

（2）、在絲帶上每隔大約2~3cm用墨水染上一個點，代表絲帶上的質點。重復步驟（1）。觀察絲帶

上的質點依次被帶動著振動起來，振動沿絲帶傳播開去，在絲帶上形成凹凸相間的波。

①思考：絲帶的一端振動后，為什么后面的質點能被帶動著運動起來？如果將絲

帶剪斷，后面的質點還能運動嗎？

②分析：絲帶上凹凸相間的波形是怎樣產生的？（可以參閱課本第3頁）

③觀察絲帶上的質點是否隨波向遠處遷移？

實驗（二），觀察波動演示器上凹凸相間的波：（因器材有限，可以教師操作，引導學生注意觀察）

實驗步驟：

（1）、逆時針轉動搖柄，演示屏上的質點排成?條水平線。（表示各質點都處在平衡位置）

（2）、順時針轉動搖柄，各個質點依次振動起來。（注意觀察各個質點振動的先后順序）

現象：①后面的質點總比前面的質點開始振動的時刻,從總體上看形成凹凸相間的波。

②各質點的振動沿方向，波的傳播沿方向，質點振動方向與波的傳播方向。

③質點是否沿波的傳播方向遷移？

這種波叫做橫波，在橫波中凸起的最高處叫做波峰，凹下的最低處叫做波谷。

實驗（三），觀察彈簧上產生的疏密相間的波。

實驗步驟：

（1）、撥動水平懸掛的柔軟長彈簧一端，產生一列疏密相間的波沿彈簧傳播。

（2）、在彈簧上某一位置系一根紅布條，代表彈簧上的質點，重復步驟（1）?

①觀察:：紅布條是否隨波遷移？說明了什么？

②分析：彈簧上疏密相間的波形是怎樣產生的？（類比絲帶上波產生的分析

方法，鍛煉學生的知識遷移能力）

實驗（四），觀察波動演示器上疏密相間的波：

實驗步驟：

（1）、逆時針轉動搖柄?，演示屏上的質點排成一條水平線。

（2）、順時針轉動搖柄，各個質點依次振動起來。

現象：①后面的質點總比前面的質點開始振動的時刻,從總體上看形成疏密相間的波。

②各質點的振動沿,波的傳播沿方向，質點振動方向與波的傳播方向。

③質點是否沿波的傳播方向遷移？

這種波叫做縱波，在縱波中最密處叫做密部，最疏處叫做疏部。

分析實驗得出結論：

①不論橫波還是縱波，介質中各個質點發生振動并不隨波遷移。因此，波傳播的是

_________________,而不是介質本身。

②波傳來前，各個質點是靜止的，波傳來后開始振動，說明他們獲得了能量。這個能量是從波源通

過前面的質點傳來的。因此：波是傳遞的一種方式。

【板書】1、機械振動在介質中的傳播，形成機械波。

2、機械波的分類：橫波、縱波

3、波傳播的是振動形式，是振動的能量。

（三）知識應用：

1、課本中提到地震波既有橫波，又有縱波。你能想象在某次地震時，位于震源正上方的建筑物，在

縱波和橫波分別傳來時的振動情況嗎？為什么？（從理性認識回到感性認識，實現認識的第：次飛躍）

2、本來是靜止的質點，隨著波的傳來開始振動，有關這?現象的說法正確的有：

A、該現象表明質點獲得了能量

B、質點振動的能量是從波源傳來的

C、該質點從前面的質點獲取能量，同時也將振動的能量向后傳遞

D、波是傳遞能量的一種方式

E、如果振源停止振動，在介質中傳播的波也立即停止

F、介質質點做的是受迫振動

（四）布置作業：

1、書面作業：列舉生活中常見的有關機械波的例子（橫波、縱波各一例）簡述它們是如何形成的。

（培養學生觀察生活并用所學物理知識解決實際問題的能力和表達能力）

2、動腦作業：發生地震時，從地震源傳出的地震波為什么能造成房屋倒塌、人員傷亡的事故？請用

本節所學知識加以解釋。（學以致用，鞏固提高）

12.2波的圖象

一、教學目標

1、知識目標：

①知道波的圖象，知道橫、縱坐標各表示什么物理量，知道什么是簡諧波。

②知道什么是波的圖象，能在簡諧波的圖象中讀出質點振動的振幅。

③根據某一時刻的波的圖象和波的傳播方向，能畫出下,-時刻和前一時刻的波的圖象，并能指出圖

象中各個質點在該時刻的振動方向。

④了解波的圖象的物理意義，能區別簡諧波與簡諧運動兩者的圖象。

2、能力目標：能夠利用波的圖象解決實際問題。

二、教學重點、難點：波的圖象的物理意義。

三、教學方法：實驗演示

四、教具：波動演示儀，

五、教學過程：

(-)引入新課

通過上節課的學習，我們知道了什么是機械波，同時認識了波的形成和傳播過程。

我們還清楚，圖象是描述物理過程、物理現象和反映物理規律的一種簡單、直觀的方法，如物體的

運動圖象、簡諧運動的圖象等。同樣，波的運動情況及傳播過程也可以用圖象直觀的表示出來。這就是

波的圖象。

(-)進行新課

【板書】一、什么是波的圖象

振動質點在某一時刻的位置連成的一條曲線，叫波的圖象。

這就是質點振動方向和波的傳播方向之間的關系問題。

【板書】二、振動方向和波的傳播方向的關系

[例題I]一列橫波在某一時刻的波形圖如圖10-1所示。若此時刻質點a的振動方向向下，則波向

什么方向傳播？

分析：取和a相鄰的兩個點b、c?若a點此時刻向卜.振動，則b點應是帶動a點振動的，c點應是在

a點帶動下振動的。所以b點先振動，其次是a、c兩點。因此，波是向左傳播的。

【板書】三、波的圖象變化情況

確定波的圖象變化的情況有兩種方法：一是描點作圖法，二是圖象平移作圖法。（這一節課我們重點

學習前?種方法）

【板書】1、描點作圖法

【例題3】某一簡諧波在t=0時刻的波形圖如圖10-2中的實線所示。若波向右傳播，畫出T/4后和

T/4前兩個時刻的波的圖象。

圖10-2

分析：根據t=o時刻波的圖象及傳播方向，可知此時刻A、B、C、D、E、F各質點在該時刻的振動

方向，由各個質點的振動方向可確定出經T/4后各個質點所在的位置，將這些點所在位置用平滑曲線連

接起來，便可得到經T/4后時刻的波的圖象。如圖10-2中虛線所示。

若波向左傳播，同樣道理可以畫出從t=o時刻開始的T/4后和T/4前兩個時刻的波的圖象。

卜.面請同學們在練習本上畫出波向左傳播，從t=0時刻開始的T/4后和T/4前兩個時刻的波的圖象。

（可以請兩個學生到黑板上練習，及時發現問題，進行針對性講評）

【板書】2,圖象平移作圖法

從波的圖象中的波形曲線我們看到，波的圖象和振動圖象從圖線形狀看，可以完全相同，但兩種圖

象有著本質的區別。

【板書】四、波的圖象與振動圖象的區別

【板書】1、兩種圖象橫、縱坐標的意義不同。

波的圖象橫坐標x表示在波的傳播方向上各個質點的平衡位置,振動圖象橫坐標t表示該質點振動的

時間。

【板書】2、兩種圖象描述的對象不同

波的圖象描述的是某一時刻各個質點偏離平衡位置的位移，振動圖象描述的是某一質點在不同時刻

偏離平衡位置的位移。

【板書】3、兩種圖象相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離含義不同。

波的圖象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離表示波在一個周期內傳播的距離，振動

圖象中相鄰兩個正向（或負向）位移最大值之間的距離表示振動的周期。

（三）鞏固練習

1、一列橫波在某一時刻的波形如圖10-4所示，若質點O此時向上運動，則波的傳播方

向；若波向左傳播，則此時振動方向向下的質點有

2、如圖10-5所示是一列橫波在t=o時刻的波形圖。若波向左傳播，用“描點法''作出3174前時刻

的波形圖。

（四）作業

1、復習本節課文內容。

2、教材練習??第（1）—（3）題。

12.3波長、頻率和波速

-、教學目標

1、知識目標：

①知道什么是波的波長，能在波的圖象中求出波氏。

②知道什么是波傳播的周期（頻率），理解周期與質點振動周期的關系。

③理解決定波的周期的因素，并知道其在波的傳播過程中的特點。

④理解波長、周期（頻率）和波速的物理意義及它們之間的關系，并會應用這一關系進行計算和分

析實際問題。

2、能力目標：學會應用波長、周期（頻率）和波速的關系分析解決實際問題的方法。

二、教學重點：理解波長、周期（頻率）和波速的物理意義及它們之間的關系，并會應用這?關系進行

計算和分析實際問題。

三、教學方法：實驗演示

四、教具：波動演示儀

五、教學過程：

（-）引入新課

在物理中，一些物理現象、過程、規律等，都需要用物理量進行描述。同樣，機械波及其傳播過程,

也需要一些物理量進行描述。在上一節我們認識和理解波的圖象的基礎上，這節課，我們來學習和研究

描述波的幾個物理量，即波長、頻率和波速

（-）進行新課

【板書】一、波長（入）

在教材中的圖10-5可以看出，由質點1發出的振動傳到質點13,使質點13開始振動時，質點1完

成一次全振動，因而這兩個質點的振動步調完全?致。也就是說，至兩個質點在振動中的任何時刻，對

平衡位置的位移大小和方向總是相等的。我們就把這樣兩個質點之間的距離叫做波長。

【板書】1、在波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質點間的距離，叫做波的波長。

對于波長這個物理量，我們還需要結合波的圖象，進一步加深理解。

【板書】2、幾點說明

要理解“位移總相等”的含義。這里要求的是每時每刻都相等。如圖10-10所示，如E、F兩點在圖

示的時刻位移是相等的，但過一段時間后，位移就不一定相等，所以E、F兩點的距離就不等于一個波長。

【板書】（I）“位移總相等”的含義是“每時每刻都相等”。

從波的圖象中不難看出，位移總相等的兩個質點，其速度也總是相等的。

【板書】（2）位移總相等的兩個質點，其速度也總是相等的。

在橫波中，兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。在縱波中，兩個相鄰密部或兩個相

鄰疏部之間的距離也等于波長。

結合圖10-10,我們可以看到，相距8/2的兩個質點振動總是相反的。進而可以總結出這樣的結論：

相距X整數倍的質點振動步調總是相同的；相距X/2奇數倍的質點振動步調總是相反的。

圖10-10

為了描述波的傳播過程，還需要引入物理量一周期和頻率。

【板書】二、周期（T）、頻率（f）

波源質點振動的周期（或頻率）也就是波傳播的周期（頻率）。

【板書】1、波源質點振動的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）。

關于波的周期（或頻率）我們也需要理解幾個問題。

【板書】2、幾點說明

由于波的周期（或頻率）就是波源質點振動周期（或頻率），所以波的周期（或頻率）應由波源決定，

與傳播波的介質無關。

【板書】（1）、同一種波在同一種介質中傳播時周期（或頻率）保持不變。

【板書】（2）、每經過一個周期的時間波就沿傳播方向傳播一個波長的距離。

【板書】（3）、每經歷一個周期，原有的波形圖不改變。

【板書】三、波速（v）

波速的含義和物體運動速度的含義是相同的。波速描述的是振動在介質中傳播的快慢程度。

【板書】1、單位時間內振動所傳播的距離叫做波速。即丫=$"

【板書】2、幾點說明。

同一振動在不同介質中傳播的快慢程度是不同的，也就是說，同一列波在不同介質中傳播的速度不

同。由此我們還可以想到，在同一均勻介質中，同一列波的波速應是不變的。

【板書】（1）波速的大小由介質的性質決定，同一列波在不同介質中傳播速度不同。

（2）一列波在同一均勻介質中是勻速傳播的，即5=死.

波速和質點振動的速度有著完全不同的含義。前者在同種均勻介質中具有某一定值，后者的大小和

方向都是隨時間改變的。

【板書】（3）要區分波速與質點振動速度的含義。

由波長、周期、（或頻率）和波速的定義，我們可以看到三者有著一定的聯系。

【板書】四、波長、周期（或頻率）和波速的關系。

在波動中，每經過一個周期T,振動在介質中傳播的距離等于一個波長入。由此我們可以找到人、T

（或f）和v三者之間的關系。

【板書】1、v=X/T

由于周期T和頻率f互為倒數（即M1/T）,所以V、入與f還應有如卜對應關系。

【板書】2、v=Af

由上式我們還可以這樣理解波速這個物理量，波速等于波長和頻率的乘積。這個關系雖然是從機械

波得到的，但是它對于我們以后要學習的電磁波、光波也是適用的。

對于式〒入仃或v=Af,我們不但要理解，還要能應用他們解決實際問題。為了加深對以上兩式的

理解和提高應用以上兩式分析問題和解決問題的能力。

（三）作業

1、復習本節課內容，并思考教材中本節例題的分析與解答過程。

2、思考教材練習二第（1）題。

3、教材練習二（2）-（5）題。

12.4,5波的反射和折射、波的衍射

一、教學目標

1、知道什么是波的衍射現象。

2、知道波發生明顯衍射現象的條件。

3.知道衍射是波的特有現象。

二、教學重點：波發生明顯衍射現象的條件。

三、教學方法：實驗演示

四、教具：水波槽、兩塊擋板、

五、教學過程：

（-）引入新課

大家都熟悉“聞其聲不見其人”的物理現象，這是什么原因呢？通過這節課的學習，我們就會知道,

原來波遇到狹縫、小孔或較小的障礙物時會產生一種特有得現象，這就是波的衍射。

（-）進行新課

波在向前傳播遇到障礙物時，會發生波線彎曲，偏離原來的直線方向而繞到障礙物的背后繼續轉播，

這種現象就叫做波的衍射。

【板書】1、波的衍射：波可以繞過障礙物繼續傳播，這種現象叫做波的衍射。

大家想一想，你見過的哪些現象是波的衍射現象？

答：在水塘里，微風激起的水波遇到露出水面的小石頭、蘆葦的細小的障礙物，會繞過它們繼續傳

播。

下面我們用水波槽和小擋板來做實驗，請大家認真觀察。

現象：水波繞過小擋板繼續傳播。

將小擋板換成長擋板，重新做實驗。

現想：水波不能繞到長擋板的背后傳播.

這個現象說明發生衍生的條件與障礙物的大小有關。

卜一面通過實驗研究發生明顯衍射現象的條件。

【演示】在水波槽里放兩快小擋板，當中留一狹縫，觀察波源發出的水波通過窄縫后怎樣傳播。

（1）保持水波的波長不變，該變窄縫的寬度（由窄到寬），觀察波的傳播情況有什么變化。觀察到

的現象：

在窄縫的寬度跟波長相差不多的情況3發生明顯的衍射現象。水波繞到擋板后面繼續傳播。（參見

課本圖10-26甲）

在窄縫的寬度比波長大得多的情況下，波在擋板后面的傳播就如同光線沿直線傳播一樣，在擋板后

面留下了“陰影區”。（參見課木圖10-26乙）

（2）保持窄縫的寬度不變，改變水波的波長（由小到大），將實驗現象用投影儀投影在大屏幕上。

可以看到：在窄縫不變的情況下，波長越長，衍射現象越明顯。

將課木圖10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它們是做衍射實驗時拍下的照片。甲中波長是窄

縫寬度的3/10,乙中波長是窄縫寬度的5/1（）,丙中波長是窄縫寬度的7/10。

通過對比可以看出：窄縫寬度跟波長相差不多時，有明顯的衍射現象。

窄縫寬度比波長大得多時、衍射現象越不明顯。

窄縫寬度與波長相比非常大時，水波將直線傳播，觀察不到衍射現象。

【板書】二、發生明顯衍射現象的條件

只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現

象。

【板書】?切波都能發生衍射，衍射是波的特有現象。

（三）鞏固練習

1.光也是一種波，那么光遇到障礙物是否會發生衍射現象？

2.為什么在通常情況卜.，我們說光沿直線傳播，與光是一種波是否矛盾？

3.我們站在大柱子后面能聽到前面人說話的聲音，而太陽光照到大柱子上卻在后面形成了影，為什

么？

（四）課堂小結。

（五）作業

1、已知空氣中的聲速是340m/s。現有幾種聲波：(1)周期為0.05s；(2)頻率為l(？Hz：(3)波長為

10m.它們傳播時若遇到寬度約為13m的障礙物，發生明顯衍射現象的是()

A.(1)和(2)

B.(2)和(3)

C.(1)和(3)

D.都可以

2、下列哪些現象是波的衍射現象？

(1)面對障礙物大喊一聲，過一會聽見自己的聲音。

(2)將一個音叉敲響，人圍繞它走一周，將聽到忽強忽弱的聲音。

(3)在障礙物的后面可以聽到前面的人說話的聲音。

12.6波的干涉

一、教學目標

(1)知道波的疊加原理.

(2)知道什么是波的干涉現象和干涉圖樣.

(3)知道干涉現象也是波所特有的現象.

二、教學重點：波的疊加原理

三、教學方法：實驗演示

四、教具：長繩、發波水槽(電動雙振子)、音叉、

五、教學過程；

(-)引入新課

前面研究的波的衍射現象，是從波源發出的一列波的傳播特性。在實際情況中，常可看到幾列波同

時在介質中傳播。那么，兩列或幾列波在介質中相遇時，將會發生什么現象呢？

(二)進行新課

一、波的疊加

我們有這樣的生活經驗：將兩塊石子投到水面上的兩個不同地方，會激起兩列圓形水波。它們相遇

時會互相穿過，各自保持圓形波繼續前進，與一列水波單獨傳播時的情形完全一樣，這兩列水波互不干

擾。

【板書】二、波的干涉

一般地說，振動頻率、振動方向都不相同的幾列波在介質中疊加時，情形是很復雜的。我們只討論

一種最簡單的但卻是最重要的情形，就是兩個振動方向、振動頻率都相同的波源所發出的波的疊加。

【演示】在發波水槽實驗裝置中，振動著的金屬薄片AB,使兩個小球S|、S2同步地上下振動，由于

小球&、S2與槽中的水面保持接觸，構成兩個波源，水面就產生兩列振動方向相同、頻率也相同的波，

這樣的兩列波相遇時產生的現象如課本圖10—29所示。為什么會產生這種現象呢？我們可以用波的疊加

原理來解釋。

課本圖10-30所示的是產生上述現象的示意圖。Si和S2表示兩列波的波源，它們所產生的波分別

用兩組同心圓表示，實線圓弧表示波峰中央，虛線圓弧表示波谷中央。某一時刻，如果介質中某點正處

在這兩列波的波峰中央相遇處［課本圖10—30所示中的a點］,則該點(a點)的位移是正向最大值，等于兩

列波的振幅之和。經過半個周期，兩列波各前進了半個波長的距離，a點就處在這兩列波的波谷中央相遇

處，該點（a點）的位移就是負向最大值。再經過半個周期，a點又處在兩列波的波峰中央相遇處。這樣，

a點的振幅就等于兩列波的振幅之和，所以a點的振動總是最強的。這些振動最強的點都分布在課本圖

10—30中畫出的粗實線上。某時刻，介質中另?點如果正處在列波的波峰中央和另一列波的波谷中

央相遇處［課本圖10—30中的b點］,該點位移等于兩列波的振幅之差。經過半個周期，該點就處在一列

波的波谷中央和另?列波的波峰中央相遇處，再經過半個周期，該點又處在?列波的波峰中央和另?列

波的波谷中央相遇處。這樣，該點振動的振幅就等于兩列波的振幅之差，所以該點的振動總是最弱的。

如果兩列波的振幅相等，這?點的振幅就等于零。這就是為什么在某些區域水面呈現平靜的原因。這些

振動最弱的點都分布在課本圖10—30中畫出的粗虛線上。可以看出，振動最強的區域和振動最弱的區域

是相互間隔開的。

頻率相同的波，疊加時形成某些區域的振動始終加強，另一些區域的振動始終減弱，并且振動加強

和振動減弱的區域相互間隔，這種現象叫做波的干涉（inerference）。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

只有兩個頻率相同、振動方向相同的波源發出的波，疊加時才會獲得穩定的干涉圖樣，這樣的波源

叫做相干波源，它們發出的波叫做相干波。

不僅水波，一切波都能發生干涉，干涉現象是-?切波都具有的重要特征之一。

【演示】敲擊音叉使其發聲，然后轉動音叉，就可以聽到聲音忽強忽弱。這就是聲波的干涉現象。

【板書】1、頻率相同的波，疊加時形成某些區域的振動始終加強，另一些區域的振動始終減弱，并

且振動加強和振動減弱的區域相互間隔，這種現象叫做波的干涉。形成的圖樣叫做干涉圖樣。

2、干涉現象是一切波都具有的現象。

3、產生干涉的必要條件：兩列波的頻率必須相同。

（三）鞏固練習

1.甲、乙兩同學分別用竹竿擊打湖面，湖面上就產生兩列水波，

那么，在兩列水波相遇處，會獲得穩定的干涉圖樣嗎？為什么？

2.如圖1所示，相干波源.、S2發出的兩列波，在介質中相

遇疊加，實線表示這兩列波的波峰中央，虛線表示這兩列波的波谷

中央。問圖中A、B、C、P四個質點，哪些點振動最強？哪些點振

動最弱？

（四）課堂小結

（五）作業1、復習本節課文

2、教材練習四第（1）、（2）、（3）題。

12.7多普勒效應

教學目標：1.知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區別

2.知道什么是多普勒效應？

3.能運用多普勒效應解釋一些物理現象

教學重點：1.知道波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區別

2.知道多普勒效應是在波源和觀察者之間有相對運動時產生的.

教學難點：波源的頻率與觀察者接收到的頻率的區別

教學方法：讀、講、練與分析相結合

課時安排：1課時

教學過程：

讓學生敘述火車向你駛來時，汽笛本身的音調如何變？人聽到的汽笛音調如何變？

火車離你而去時，汽笛本身的音調如何變？人聽到的汽笛音調如何變？同是汽笛發聲為什么會產生兩種

不同的現象呢？

［板書］:多普勒效應

?、波源的頻率與觀察者接收到的頻率

知識回顧：1.什么叫頻率？

2.聲音的音調由什么因素決定？

1.波源的頻率---單位時間內波源發出的完全波的個數

2.觀察者接收到的頻率---單位時間內觀察者接收到的完全波的個數

如果波源和觀察者相對于介質靜止，則觀察者接收到的頻率與波源的頻率相等，如果波源或觀察者相對于

介質運動時，則觀察者接收到的頻率與波源的頻率不相等，這一現象就叫多普勒效應

二、多普勒效應的成因

例:波速為V=lOOm/s.波源的頻率f=100Hz.可算得:波的周期T=0.01s,波長X=lm.

1.波源相對于介質靜止，觀察者相對于介質靜止

在時間t=ls里有100個波傳到觀察者所在的A處，觀察者接收到的頻率與波源的頻率相等，音調不變.

2.觀察者相對于介質靜止，波源以速度Vw=10m/s相對于介質運動

(1).波源向觀察者運動

則對觀察者來說感覺到的波速為110m,他在I秒鐘內接收到的完全波數為110個，所以觀察者感受到

的頻率f=HOHz比波源的頻率f=100Hz要高,因而音調變高

注意:波速實際并沒有改變，但在相同的距離中卻多了10個完整波，是由于波在介質中被均勻擠壓，使

之波長變短的緣故

(2).波源遠離觀察者

由同學自行分析

3.波源相對于介質靜止,觀察者以速度V,、=10m/s相對于介質運動

(1).觀察者向波源運動(2).觀察者遠離波源

由同學自行分析

4.波源與觀察者同時相對于介質運動又如何呢？

多普勒效應更加明顯

三、多普勒效應的應用

學生閱讀課文的最后一段，并加以總結

四、本課小結

五、鞏固練習

1.關于多普勒效應,下列說法中正確的是

A.多普勒效應是由波的干涉引起的B.多普勒效應說明波源的頻率發生了改變

C.多普勒效應是由于波源和觀察者之間有相對運動而產生的

D.只有聲波才能產生多普勒效應

2.炮彈由遠處飛來從頭頂呼嘯而過的整個過程中，我們所聽到的音調

A.越來越高B.越來越低

C.先變高后變低D.先變低后變高

E.因不知炮彈的速度為多少,所以無法判斷

六、作業