波的形成和传播

教学目标

知识目标

　　1、知道直线上机械波的形成过程．
　　2、知道什么是横波，知道波峰和波谷；知道什么是纵波，知道疏部和密部．
　　3、知道"机械振动在介质中的传播，形成机械波"．知道波在传播运动形成的同时也传递了能量．
　　4、通过学习使学生能明白用语言交流是利用声波传递信息等生活中的机械波．

能力目标

　　培养学生对现象的观察能力以及对科学的探究精神．

教学建议

　　本节重点是理解形成机械波的物理过程；学习中掌握振动质点的运动只在平衡位置附近振动，并不随波迁移。知道横波和纵波的区别是波形不同，横波有波峰、波谷，而纵波有疏部和密部．认真分析下列问题：
　　1、机械波能离开媒质向外传播吗?
　　(解答)不能．机械波一定要依赖媒质才能传播，若没有媒质，相邻质点间的相互作用就不能发生，前一个质点就不能带动后一质点振动，所以振动形式无法传播出去．
　　2、日常生活中，发现球掉入池塘里，能否通过往池塘丢人石块，借助石块激起的水波把球冲到岸边呢?
　　（解答）不能．向水中投入石块，水面受到石块的撞击开始振动，形成水波向四周传去．这是表面现象，实际上水波向四周传播而水只是上下振动并不向外迁移，所以球也仅仅是上下振动而不会向岸边运动．

教学设计示例

（一）教学目标

　　1、明确机械波的产生条件；掌握机械波的形成过程及波动传播过程的特征。

　　2、了解机械波的种类极其传播特征；掌握描述机械波的物理量(波长、频率、周期、波速)。  

　　3、要注意观察演示实验，对波的产生条件及形成过程有较深刻的理解，同时要求学生认真分析课本的插图。

　　4、通过学习机械波使学生能解释生活中的现象。

（二）教学重点：机械波的形成过程及描述；

（三）教学难点：机械波的形成过程及描述。

（四）教学用具：  

　　    1、演示绳波的形成的长绳；并用课件展示。

　　    2、横波、纵波演示仪；并用课件展示。

　　    3、用幻灯展示机械波 。 

（五）教学过程

　　 引入新课

　　我们已学习过机械振动，它是描述单个质点的运动形式，这一节课我们来学习由大量质点构成的弹性媒质整体的一种运动形式——机械波。

　　1、机械波的产生条件

　　演示——水波：教师用幻灯机做实验：使平静的水面振动，会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹逐渐向四周传播出去，形成水波。

　　演示——绳波：用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传  播出去，形成绳波。

　　以上两种波都可以叫做机械波。

教师提问：水波离开水能看到上面的现象吗？绳波离开绳行吗？

学生回答：不行。

教师提问：当振动停止后我们又看到了什么现象？

学生回答：传出去的仍然在传播，以后水（绳）都静止不动了。

请学生总结：（教师可引导）

　　(1)机械波的概念：机械振动在介质中的传播就形成机械波

　　(2)机械波的产生条件：振源和介质。

　　振源——产生机械振动的物质，如在绳波中的手的不停抖动就是振源。

　　介质——传播振动的媒质，如绳子、水。

　　2、机械波的形成过程（用课件把绳波的运动展示）

　　(1)介质模型：把介质看成由无数个质点弹性连接而成，可以想象为(图1所示)

　　(2)机械波的形成过程：

    由于相邻质点间力的作用，当介质中某一质点发生振动时，就会带动周围的质点振动起来，从而使振动向远处传播。例如：图2表示绳上一列波的形成过程。图中1到18各小点代表绳上的一排质点，质点间有弹力联系着。图中的第一行表示在开始时刻(t＝0)各质点的位置，这时所有质点都处在平衡位置。其中第一个质点受到外力作用将开始在垂直方向上做简谐运动，设振动周期为T，则第二行表示经过了T／4时各质点的位置，这时质点1已达到最大位移，正开始向下运动；质点2的振动较质点1落后一些，仍向上运动；质点3更落后一些，此时振动刚传到了质点4。第三行表示经过了T／2时各质点的位置，这时质点1又回到平衡位置，并继续向下运动，质点4刚到达最大位移处，此时振动传到了质点7。依次推论，第四、五、六行分别表示了经过3T／4、和5T／4后的各质点的位置，并分别显示了各个对应时刻所有质点所排列成的波形。

教师讲解后，请学生讨论机械波在传播过程中的特点：

3、对机械波概念的理解

　　(1)机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式；

　　(2)当介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式(演示横波演示器)；

　　(3)波是传播能量的一种方式。

　　4、波的种类：

　　按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类：横波和纵波。

　　(1)横波的定义：质点的振动方向与波的传播方向垂直。   

波形特点：凸凹相间的波纹(观察横波演示器)，

叫起伏波。如图3波形所示。

(2)纵波的定义：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。

　　波形特点：疏密相间的波形，又叫疏密波。如图4波形所示。

　　举例：声波是纵波，其中：振源——声带，介质——空气、液体、固体。

　　声波在空气中的传播速度大约为：340m/s；

　　声波在水中中的传播速度大约为：1500m/s；

　　声波在钢铁中的传播速度大约为：5000m/s；

　　地震波既有横波又有纵波。其中横波和纵波的传播速度不同。

　　水波既不是横波也不是纵波，叫做水纹波。

　　5、描述机械波的物理量

　　(1)波长定义：沿着波的传播方向，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离。单位：米，符号：λ。

　　演示，（观察演示仪器）：

　　①在横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离；在纵波中波长等于相邻两个密部或疏部的中央之间的距离。

　　②质点振动一个周期，振动形式在介质中传播的距离恰好等于一个波长，即：振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长。

　　(2)波速定义：波的传播快慢，其大小由介质的性质决定的，在不同的介质中速度并不相同。

　　单位：米／秒    符号：v

　　表达式：v＝λ／T=λf

　　(3)周期和频率：质点振动的周期又叫做波的周期(T)；质点振动的频率又叫做波的频率(f)。    波的振动周期和频率只与振源有关，与媒质无关。（媒质质点的振动都是受迫振动，所以周期同振源的周期）。

探究活动
　　1、到湖边观察水波的情况，研究质点不随波迁移的问题。

　　2、研究声波的传播情况。