高中物理选修3-4机械振动 机械波教材分析

1、第一章 机械振动 第二章 机械波教材分析教材分析教科版选修教科版选修3-4教科版与旧教材的比较教科版与旧教材的比较旧人教版旧人教版 新教新教科版第九章第九章 机械振动机械振动一、简谐运动一、简谐运动二、振幅二、振幅 周期和频率周期和频率三、简谐运动的图像三、简谐运动的图像四、单摆四、单摆五、简谐运动的能量五、简谐运动的能量 阻尼振动阻尼振动六、受迫振动六、受迫振动 共振共振第十章第十章 机械波机械波1波的形成和传播波的形成和传播2波的图像波的图像3波长、频率和波速波长、频率和波速 * 4波的反射和折射波的反射和折射5.波的衍射波的衍射6.波的干涉波的干涉 * 7.驻波驻波8.多普勒效应多普勒效

2、应9.超声波和次声波超声波和次声波第一章第一章 机械振动机械振动 1简谐运动简谐运动 2单摆单摆 3简谐运动的图像和公式简谐运动的图像和公式 4阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动 5学生实验：用单摆测定重力加速度学生实验：用单摆测定重力加速度第二章第二章 机械波机械波 1机械波的形成和传播机械波的形成和传播 2波速与波长、频率的关系波速与波长、频率的关系 3波的图像波的图像 4惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射 5. 波的干涉、衍射波的干涉、衍射 6. 多普勒效应多普勒效应教科版教科版新旧教材的比新旧教材的比旧教材（旧教材（2008） 新教材（新教材（2011） 第一章第一章

3、机械振动机械振动 1简谐运动简谐运动 2单摆单摆 3简谐运动的图像和公式简谐运动的图像和公式 4阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动 5学生实验：学生实验：用单摆测定重力用单摆测定重力加速度加速度第二章第二章 机械波机械波 1机械波的形成和传播机械波的形成和传播 2波速与波长、频率的关系波速与波长、频率的关系 3波的图像波的图像 4惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射 5. 波的干涉、衍射波的干涉、衍射 6. 多普勒效应多普勒效应第一章第一章 机械振动机械振动 1简谐运动简谐运动 2单摆单摆 3简谐运动的图像和公式简谐运动的图像和公式 4阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动 5实验探

4、究：实验探究：用单摆测定重力用单摆测定重力加速度加速度第二章第二章 机械波机械波 1机械波的形成和传播机械波的形成和传播 2横横波的图像波的图像 3波的频率和波速波的频率和波速 4惠更斯原理波的反射和折射惠更斯原理波的反射和折射 5. 波的干涉、衍射波的干涉、衍射 6. 多普勒效应多普勒效应两种版本的比较两种版本的比较人教版人教版 2010 教科版教科版 2011第十一章第十一章 机械振动机械振动 1简谐运动简谐运动 2简谐运动的描述简谐运动的描述 3简谐运动的回复力和能简谐运动的回复力和能量量 4单摆单摆 5外力作用下的振动外力作用下的振动第十二章第十二章 机械波机械波 1波的形成和传播波的

5、形成和传播 2波的图像波的图像 3波长、频率和波速波长、频率和波速 4波的衍射和干涉波的衍射和干涉 5.多普勒效应多普勒效应 6. 惠更斯原理惠更斯原理第一章第一章 机械振动机械振动 1简谐运动简谐运动 2单摆单摆 3 简谐运动的图像和公式简谐运动的图像和公式 4阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动 5学生实验：学生实验：用单摆测定重力用单摆测定重力加速度加速度第二章第二章 机械波机械波 1机械波的形成和传播机械波的形成和传播 2波速与波长、频率的关系波速与波长、频率的关系 3波的图像波的图像 4惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折波的反射与折射射 5. 波的干涉、衍射波的干涉、衍射 6. 多普勒

6、效应多普勒效应两种教材两种教材简谐运动的定义不同简谐运动的定义不同 如果质点的位移与时间的如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象即它的振动图象(x-t图象图象)是一条正弦曲线，这样的是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。（人振动叫做简谐运动。（人教版）教版）这是运动学的定义，它告诉这是运动学的定义，它告诉我们：什么样的运动是简我们：什么样的运动是简谐运动。谐运动。 如果质点所受的力与它如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。动就是简

7、谐运动。（教科版，与老教材同）（教科版，与老教材同）这是动力学的定义，它告这是动力学的定义，它告诉我们：在什么力的作诉我们：在什么力的作用下物体做简谐运动。用下物体做简谐运动。*由一种图像可推由一种图像可推出另一种图像出另一种图像 振动是波的根源振动是波的根源机械振动机械振动A、T、f共振共振简谐波的图像简谐波的图像某时刻各个质点的某时刻各个质点的位移（正弦曲线）位移（正弦曲线） 介质中质点都做振动介质中质点都做振动简谐运动简谐运动1.1.受力特征：受力特征：F=-kxF=-kx2.2.机械能守恒机械能守恒3.3.典型模型典型模型（1 1）弹簧振子）弹簧振子（2 2）单摆）单摆阻阻尼尼振振动动

8、受受迫迫振振动动简谐运动的图像简谐运动的图像某一质点在各个时刻某一质点在各个时刻的位移（正弦曲线）的位移（正弦曲线）公公式式机械波机械波、f、v波的波的干涉干涉形成与特征形成与特征简谐波简谐波传播规律传播规律波的波的衍射衍射机械振动、机械波知识结构网络机械振动、机械波知识结构网络课程标准的要求课程标准的要求机械振动机械振动（1）通过）通过观察观察和和分析分析，理解简谐运动的特征。，理解简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动的特征。 （2）通过）通过实验实验，探究探究单摆的周期与摆长的关单摆的周期与摆长的关系。系。 （3）知道单摆周期与摆长、重力加速度的关）

9、知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆系。会用单摆测定测定重力加速度。重力加速度。 （4）通过）通过实验实验，认识受迫振动的特点。了解，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件以及在技术上的应用。产生共振的条件以及在技术上的应用。课程标准的要求课程标准的要求机械波机械波（5）通过）通过观察观察，认识波是振动传播的形式和能量，认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。能区别横波和纵波。能用图像描述传播的形式。能区别横波和纵波。能用图像描述横波。理解波速、波长和频率（周期）的关系。横波。理解波速、波长和频率（周期）的关系。 （6）了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折）了解惠更斯原理，能用其分

10、析波的反射和折射。射。 （7）通过）通过实验实验，认识波的干涉现象、衍射现象。，认识波的干涉现象、衍射现象。 （8）通过）通过实验实验感受多普勒效应。解释多普勒效应感受多普勒效应。解释多普勒效应产生的原因。列举多普勒效应的应用实例。产生的原因。列举多普勒效应的应用实例。内容内容要求29简谐运动、简谐振动的振幅、周期和频率。简谐运动、简谐振动的振幅、周期和频率。简谐运动的公式和图像，振动中的能量转换简谐运动的公式和图像，振动中的能量转换30单摆，周期公式单摆，周期公式31受迫振动，共振及其常见的应用受迫振动，共振及其常见的应用32机械波，横波和纵波机械波，横波和纵波33横波的图像。波速、波长和频

11、率（周期）的横波的图像。波速、波长和频率（周期）的关系关系34波的叠加，波的干涉、衍射现象波的叠加，波的干涉、衍射现象35多普勒效应及其应用多普勒效应及其应用2012北京市考试说明要求北京市考试说明要求教学中的作用和地位1. 机械振动是质点的一种运动形式，与前面机械振动是质点的一种运动形式，与前面所学的直线运动、平抛运动、圆周运动等运所学的直线运动、平抛运动、圆周运动等运动形式之间的区别在于质点的加速度有其特动形式之间的区别在于质点的加速度有其特有的变化规律。通过本章的学习可以对质点有的变化规律。通过本章的学习可以对质点运动的形式有更全面的认识，进一步加深对运动的形式有更全面的认识，进一步加深

12、对牛顿定律以及机械能的理解。牛顿定律以及机械能的理解。2.光也一种波，机械振动与机械波相关知识也光也一种波，机械振动与机械波相关知识也是学习光波的基础。是学习光波的基础。3.科学思想方法科学思想方法本章的物理思想方法本章的物理思想方法1、理想模型的方法、理想模型的方法2、应用图象探索和表述物理规律。、应用图象探索和表述物理规律。3、应用数学方法研究物理规律、应用数学方法研究物理规律4、实验探究方法、实验探究方法5、累积法、累积法两章整体教学建议 做好实验，通过观察实践增加感性知识，为做好实验，通过观察实践增加感性知识，为深入理解打下良好的基础。深入理解打下良好的基础。 利用好视频、课件等多种资

13、源，激发学生兴利用好视频、课件等多种资源，激发学生兴趣，促进学生对相关知识的理解趣，促进学生对相关知识的理解 加强过程分析，帮助学生清楚理解相关过程加强过程分析，帮助学生清楚理解相关过程 抓好典型问题，落好基础知识、基本技能和抓好典型问题，落好基础知识、基本技能和基本方法基本方法, 循序渐进着力思维方法的培养，提升学生分循序渐进着力思维方法的培养，提升学生分析、判断、综合能力析、判断、综合能力 重点：简谐运动的特征分析重点：简谐运动的特征分析 简谐运动的图像的理解简谐运动的图像的理解 实验：用单摆测重力加速度实验：用单摆测重力加速度 难点：简谐运动的特征分析难点：简谐运动的特征分析 简谐运动的

14、图像的理解简谐运动的图像的理解 简谐运动的表达式及相位的理解简谐运动的表达式及相位的理解第一章第一章 机械振动教学重点与难点机械振动教学重点与难点课时建议（课时建议（8课时）课时）1 简谐运动简谐运动2课时课时2 单摆单摆1课时课时3 简谐运动的图像和公式（加习题课）简谐运动的图像和公式（加习题课）2课时课时4 阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动1课时课时5 学生实验：用单摆测定重力加速度学生实验：用单摆测定重力加速度1课时课时6 单元测试单元测试1课时课时需要解决的问题需要解决的问题 通过观察和分析建立机械振动的概念通过观察和分析建立机械振动的概念 认识弹簧振子理想模型，通过弹簧振子的认识弹

15、簧振子理想模型，通过弹簧振子的运动情况分析，理解简谐运动的定义。运动情况分析，理解简谐运动的定义。 理解描述简谐运动的物理量理解描述简谐运动的物理量 了解简谐运动中能量的转化，振子在一次了解简谐运动中能量的转化，振子在一次全振动过程中的运动的特征分析全振动过程中的运动的特征分析第一节第一节 简谐运动简谐运动1.机械机械振动概念的建立振动概念的建立：【视频、演示实验【视频、演示实验】第一节第一节 简谐运动简谐运动 教学建议教学建议a a、一端固定的钢尺一端固定的钢尺； b b、单摆单摆； c c、水平弹簧振子；、水平弹簧振子； d d、竖直、竖直弹簧振子弹簧振子；e e、穿在橡皮绳上的塑料球穿在

16、橡皮绳上的塑料球。（1 ）平衡位置）平衡位置-原来静止时的位置原来静止时的位置（对称性）对称性）（2）运动具有往复性）运动具有往复性（周期性）周期性）1.机械机械振动概念的建立振动概念的建立：机械振动：物体在平衡位置附近的往复运动。机械振动：物体在平衡位置附近的往复运动。让学生以振动的共同特征为线索去寻找生活让学生以振动的共同特征为线索去寻找生活中的实例中的实例水上浮标的浮动水上浮标的浮动 刮风时门窗的振动刮风时门窗的振动机器开动时机座的振动机器开动时机座的振动 地震时地壳的振动地震时地壳的振动钟摆的摆动钟摆的摆动引导学生从各种复杂的振动中引导学生从各种复杂的振动中,找出最简单、最特找出最简单

17、、最特殊的简谐振动进行研究。殊的简谐振动进行研究。第一节第一节 简谐运动简谐运动2.弹簧振子的模型弹簧振子的模型实际模型（实际模型（阻力阻力）小球的质量小球的质量远远远远大于大于轻质弹簧的质量轻质弹簧的质量小球小球在在运动情况可视为质点运动情况可视为质点振动过程中受到的阻力比较小振动过程中受到的阻力比较小理想化模型理想化模型(没有阻力没有阻力)弹簧弹簧没有质量没有质量小球小球可视为质点可视为质点振动过程振动过程不受阻力不受阻力第一节第一节 简谐运动简谐运动3. 振动位移概念的引入振动位移概念的引入（难点）（难点）振动位移振动位移x：振动物体相对于平衡位置的位移：振动物体相对于平衡位置的位移 。

18、（规定振动位移的起点是平衡位置，与直线运（规定振动位移的起点是平衡位置，与直线运动中质点位移的区别）动中质点位移的区别）大小：等于物体距平衡位置的距离大小：等于物体距平衡位置的距离方向：由平衡位置指向物体所在处方向：由平衡位置指向物体所在处 第一节第一节 简谐运动简谐运动第一节第一节 简谐运动简谐运动4. 回复力的大小和方向回复力的大小和方向回复力的大小：回复力的大小：F=kx（胡克定律）胡克定律）回复力的方向：总是指向平衡位置、与振动位回复力的方向：总是指向平衡位置、与振动位移的方向始终相反移的方向始终相反根据力的作用效果命名的根据力的作用效果命名的一个振动的形成要有回复力，还要阻力足够小。

19、一个振动的形成要有回复力，还要阻力足够小。5.简谐运动的定义简谐运动的定义如果质点所受的力与它如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。动就是简谐运动。请你请你证明！证明！做一做做一做第一节第一节 简谐运动简谐运动做一做做一做第一节第一节 简谐运动简谐运动 如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为m的小球在光滑的折面的小球在光滑的折面AOB上做往复运动（小球在上做往复运动（小球在O点无能损失）。试判断小球点无能损失）。试判断小球的运动是否为简谐运动。的运动是否为简谐运动。如图所示弹

20、簧振子以如图所示弹簧振子以O为平衡位置在为平衡位置在B、C间做振动，则间做振动，则 ( C )A从从B O C为一次全振动为一次全振动B从从O B O C为一次全振动为一次全振动C从从C O B O C为一次全振动为一次全振动D从从D C D O B为一次全振动为一次全振动 扩展：如果振子在扩展：如果振子在D点开始计时，经过点开始计时，经过1/4周期、周期、 半周期和半周期和3/4周期时在什么位置？周期时在什么位置？第一节第一节 简谐运动简谐运动6. 振幅、周期和频率振幅、周期和频率理解全振动的概念理解全振动的概念振子完成一次全振动发生的位移是多少？振子完成一次全振动发生的位移是多少？经过的路

21、程是多少？经过的路程是多少？第一节第一节 简谐运动简谐运动6. 振幅、周期和频率振幅、周期和频率 振幅振幅观察两个振幅弹簧振子（周期和频率相观察两个振幅弹簧振子（周期和频率相同），观察它们之间的区别，引出振幅同），观察它们之间的区别，引出振幅的概念，并提出其物理意义。的概念，并提出其物理意义。 周期和频率周期和频率根据简谐运动的特点，引出周期和频率根据简谐运动的特点，引出周期和频率的概念，可以结合单位圆的知识帮助学的概念，可以结合单位圆的知识帮助学生理解周期和频率的物理意义。生理解周期和频率的物理意义。将振动快慢和质点的运动快慢进行对比，将振动快慢和质点的运动快慢进行对比，加深对周期和频率的理

22、解。加深对周期和频率的理解。AOAOO OO OB BB BBOBOO OOAOA7. 简谐运动特征分析简谐运动特征分析 P5页图页图OAB规定向右为正方向规定向右为正方向引导学生归纳出简谐运动过程中各物理量变化的规律引导学生归纳出简谐运动过程中各物理量变化的规律需要解决的问题需要解决的问题 单摆的概念单摆的概念 单摆做简谐运动的条件单摆做简谐运动的条件 单摆的周期公式（探究）单摆的周期公式（探究） 会用单摆测定重力加速度会用单摆测定重力加速度第二节第二节 单摆单摆理想化模型方法理想化模型方法实际摆实际摆单摆单摆简谐运动简谐运动1.单摆的概念单摆的概念 单摆的摆动平面单摆的摆动平面 单摆的摆长

23、单摆的摆长 长度一定（悬挂方法）长度一定（悬挂方法） 远远大于摆球直径（摆球可以看成质点）远远大于摆球直径（摆球可以看成质点） 单摆的质量单摆的质量 摆球的质量大摆球的质量大 摆线的质量小摆线的质量小第二节第二节 单摆单摆2.单摆振动中的回复力单摆振动中的回复力 单摆做简谐运动的回复力应该说是重力的分单摆做简谐运动的回复力应该说是重力的分力还是重力与绳的拉力的合力？力还是重力与绳的拉力的合力？ 一般来讲，说到一个物体受到的力与它的运一般来讲，说到一个物体受到的力与它的运动的关系时，这个力应该指合力。在单摆的动的关系时，这个力应该指合力。在单摆的问题里，重力与绳的拉力的合力并不沿圆弧问题里，重力

24、与绳的拉力的合力并不沿圆弧的切线方向，而是偏向圆弧的内部，合力的的切线方向，而是偏向圆弧的内部，合力的一个作用效果是使摆球的线速度发生改变，一个作用效果是使摆球的线速度发生改变，另一个效果是使摆球的运动方向改变，即沿另一个效果是使摆球的运动方向改变，即沿圆弧运动。圆弧运动。 教科书研究的是偏角教科书研究的是偏角很小时单摆的运动，这很小时单摆的运动，这时可以不再区分摆线运动的弧与它所对的弦；时可以不再区分摆线运动的弧与它所对的弦；而要研究摆球沿圆弧的运动，只考虑沿圆弧而要研究摆球沿圆弧的运动，只考虑沿圆弧切线方向的力就可以了。因此，历年的教科切线方向的力就可以了。因此，历年的教科书在研究单摆小球

25、的简谐运动时，都只分析书在研究单摆小球的简谐运动时，都只分析重力在切线方向的分力。重力在切线方向的分力。 第二节第二节 单摆单摆kxFlmgk回，则令/3 3、单摆做简谐运动的条件：当偏角、单摆做简谐运动的条件：当偏角较较小时，小时，xlmglxmgmgmgFsin回即单摆做简谐振动即单摆做简谐振动。GTG1G2O第二节第二节 单摆单摆可以组织学生推导小角度摆动的单摆可以组织学生推导小角度摆动的单摆回复力与位移的关系。回复力与位移的关系。第二节第二节 单摆单摆4.单摆的周期公式单摆的周期公式【问题问题】让学生猜想决定单摆振动的周期的因让学生猜想决定单摆振动的周期的因素有哪些素有哪些? 学生：A

26、（）、m、L、g（需要引导）如何研究？如何研究？控制变量法控制变量法改变因素改变因素 控制因素控制因素实验研究实验研究AL m g对比实验对比实验mL g A对比实验对比实验gL A mLg A m学生实验学生实验与振幅无关与振幅无关与摆球质量无关与摆球质量无关与重力加速度有关与重力加速度有关g大大 T小小教师利用演示实验，定性地分析影响单摆振动周期教师利用演示实验，定性地分析影响单摆振动周期的因素，再组织学生定量地探究的因素，再组织学生定量地探究周期与摆长的关系周期与摆长的关系4.单摆的周期公式单摆的周期公式第二节第二节 单摆单摆学生实验的指导学生实验的指导 秒表的读数秒表的读数 单摆的组装

27、（仪器的选择）单摆的组装（仪器的选择） 摆长的测量（粗测）摆长的测量（粗测） 周期的测量（累积法）周期的测量（累积法） 计时起点计时起点 探究单摆测周期计时最佳位置探究单摆测周期计时最佳位置 （物理教师，（物理教师，20112011年第年第1 1期）期） 摆角的控制摆角的控制摆长 L=L0+R摆线长 L0第二节第二节 单摆单摆【问题讨论问题讨论】单摆振动中的单摆振动中的“小角度摆动的要求小角度摆动的要求” 摆角越小，单摆的运动越接近简谐运动摆角越小，单摆的运动越接近简谐运动” 教材教材P8发展空间：最大摆角为发展空间：最大摆角为20时误差时误差0.77%；最大摆角为；最大摆角为15时误差时误差

28、0.43%；最大摆；最大摆角为角为10时误差时误差0.19%；最大摆角为；最大摆角为5时误差时误差0.05%，因此，因此“单摆振动中摆角小于单摆振动中摆角小于5要求在要求在高中阶段是没有必要的。高中阶段是没有必要的。 实验的准确和规范很重要，而对实验的实验的准确和规范很重要，而对实验的理解和理解和创新创新更为重要。更为重要。第二节第二节 单摆单摆30次全振动次全振动时间时间t/s45.347.150.753.455.958.7摆长摆长L/m0.565 0.610 0.705 0.785 0.860 0.950 周期周期T=t/n1.510 1.570 1.690 1.780 1.863 1.9

29、57 T/L2.673 2.574 2.397 2.268 2.167 2.060 T22.280 2.465 2.856 3.168 3.472 3.829 T2/L4.036 4.041 4.051 4.036 4.037 4.030 培养学生分析处理数据的能力（如何探究变量间培养学生分析处理数据的能力（如何探究变量间的函数关系，如何将非线性关系转化为线性关系，的函数关系，如何将非线性关系转化为线性关系，利用计算机处理数据效果更好）利用计算机处理数据效果更好）LTLT或结论：2第二节第二节 单摆单摆可设计一个单摆摆长约为可设计一个单摆摆长约为1m(秒摆），另一摆长为秒摆），另一摆长为0.2

30、5m。4.单摆的周期公式单摆的周期公式gLT2第二节第二节 单摆单摆科学方法科学方法在惠更斯年代，周期公式不是推在惠更斯年代，周期公式不是推导出来的，也不是单纯实验数据的归纳，但实导出来的，也不是单纯实验数据的归纳，但实验的启示十分重要。验的启示十分重要。5.单摆的应用单摆的应用用单摆测量重力加速度用单摆测量重力加速度 练习利用图象处理实验数据的方法。练习利用图象处理实验数据的方法。 学生完成实验报告学生完成实验报告第二节第二节 单摆单摆T2224TLgkggk2244几种常见的摆几种常见的摆圆槽摆钉摆圆锥摆需要解决的问题需要解决的问题 简谐运动位移随时间变化的图像是一条正简谐运动位移随时间变

31、化的图像是一条正弦曲线弦曲线 简谐运动的图像的理解和应用简谐运动的图像的理解和应用 简谐运动的表达式、相位、相位差简谐运动的表达式、相位、相位差第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式1.获取简谐运动位移获取简谐运动位移-时间图象的常用方法时间图象的常用方法 （1）沙漏摆）沙漏摆 a.可用双线摆可用双线摆 b.匀速拉动匀速拉动 c.x-l图像与图像与x-t图像的转化图像的转化 第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式1.获取简谐运动位移获取简谐运动位移-时间图

32、象的常用方法时间图象的常用方法 （2）频闪照片）频闪照片 1.获取简谐运动位移获取简谐运动位移-时间图象的常用方法时间图象的常用方法 （2）频闪照片）频闪照片 第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式1.获取简谐运动位移获取简谐运动位移-时间图象的常用方法时间图象的常用方法（3）气垫导轨加位移传感器）气垫导轨加位移传感器第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式课本课本P9:严格的理论和实验也都证明所有简严格的理论和实验也都证明所有简谐运动的图像都是正弦（或余弦）曲线。谐运动的图像都是正弦（或余弦）曲线。数学基础数学基础2.证明简谐运动的图像是一条正弦曲线证明简谐运动

33、的图像是一条正弦曲线第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式 3. 简谐运动图像的理解和应用。简谐运动图像的理解和应用。 物理意义：描述了简谐运动物体位移随物理意义：描述了简谐运动物体位移随时间变化的规律。时间变化的规律。 简谐运动的图象简谐运动的图象不不是物体的运动轨迹是物体的运动轨迹。 从振动图像中可以获取的信息从振动图像中可以获取的信息 A、T 任意时刻的位移任意时刻的位移 速度的方向：看斜率速度的方向：看斜率 加速度方向：指向平衡位置加速度方向：指向平衡位置 根据简谐运动图像引导学生写简谐运动的表根据简谐运动图像引导学

34、生写简谐运动的表达式（类比交流电的图像和表达式达式（类比交流电的图像和表达式） 课标要求：课标要求：“能用公式和图象描述简谐运动能用公式和图象描述简谐运动的特征。的特征。”这里就包括了振幅、频率（周期）这里就包括了振幅、频率（周期）和相位。和相位。 。4、简谐运动的表达式、相位、相位差、简谐运动的表达式、相位、相位差第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式 相位相位是一个干什么的物理量是一个干什么的物理量 是为了描述振动的是为了描述振动的“步调步调”而引入的而引入的 演示实验，用单摆从演示实验，用单摆从“同相同相” ，“反相反相”开始演示，这样比较直观。然后再按教材开始演示，这样

35、比较直观。然后再按教材中超前或滞后四分之一周期较好，否则，中超前或滞后四分之一周期较好，否则，容易眼花缭乱。容易眼花缭乱。 弄清楚公式中哪个量代表相位就足够了。弄清楚公式中哪个量代表相位就足够了。第第三三节节 简简谐谐运运动动的的图图像像和和公公式式需要解决的问题 阻尼振动和受迫振动的特征阻尼振动和受迫振动的特征 产生共振的条件产生共振的条件 受迫振动的频率、固有频率、驱动力的频率受迫振动的频率、固有频率、驱动力的频率第第四四节节 阻阻尼尼振振动动 受受迫迫振振动动 阻尼振动中振动物体受到系统弹性力和阻力，根据阻力的阻尼振动中振动物体受到系统弹性力和阻力，根据阻力的大小可分为弱阻尼、过阻尼和临

36、界阻尼。大小可分为弱阻尼、过阻尼和临界阻尼。 阻尼振动：振幅逐渐减小（即系统的能量的减小）的振动阻尼振动：振幅逐渐减小（即系统的能量的减小）的振动叫阻尼振动。叫阻尼振动。 阻尼振动不全是因阻尼振动不全是因“摩擦阻力摩擦阻力”引起的，就机械振动而言，引起的，就机械振动而言，因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；如果系统引起周围质点的振动，使系种阻尼叫摩擦阻尼；如果系统引起周围质点的振动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼，也会引起振动物体

37、的振幅减小。所以说阻尼叫辐射阻尼，也会引起振动物体的振幅减小。所以说阻尼不一定就是摩擦阻力。不一定就是摩擦阻力。阻尼振动阻尼振动第第四四节节 阻阻尼尼振振动动 受受迫迫振振动动【演示实验演示实验】 “感应小球感应小球”实验实验 受迫振动实验受迫振动实验 单摆共振实验单摆共振实验 声波共振实验声波共振实验ABCDE第第四四节节 阻阻尼尼振振动动 受受迫迫振振动动受迫振动、共振受迫振动、共振 受迫振动：振动系统在一个周期性变化的外加驱动力受迫振动：振动系统在一个周期性变化的外加驱动力作用下的振动；作用下的振动； 受迫振动的频率受迫振动的频率=驱动力频率，与物体的固有频率无驱动力频率，与物体的固有频

38、率无关关 共振：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫共振：当驱动力的频率等于物体的固有频率时，受迫振动的振幅最大的现象。振动的振幅最大的现象。共振的防止和应用可以让有兴趣的学生收集资料，在共振的防止和应用可以让有兴趣的学生收集资料，在课堂上展示课堂上展示第二章第二章 机械波机械波 重点：重点： 描述机械波的物理量及相互关系描述机械波的物理量及相互关系 波的图像的理解及应用波的图像的理解及应用 波动问题的多解性。波动问题的多解性。 难点： 机械波的产生及特点机械波的产生及特点 惠更斯原理，波的反射与波的折射惠更斯原理，波的反射与波的折射 波的叠加及波的干涉波的叠加及波的干涉 多普勒效应多普勒

39、效应第二章第二章 机械波教学重点与难点机械波教学重点与难点机械波的形成和传播机械波的形成和传播1课时课时波速与波长、频率的关系波速与波长、频率的关系1课时课时波的图像波的图像2课时课时惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射1课时课时波的干涉和衍射波的干涉和衍射1课时课时多普勒效应多普勒效应1课时课时单元检测单元检测1课时课时课时安排建议（课时安排建议（8课时）课时）重点解决的问题重点解决的问题 机械波的形成和传播 横波和纵波第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播 1、课题引入、课题引入水波实验（看）声波实验（听）绳波实验（体验，艺术体操绸带）第一节第一节 机械波的形成与

40、传播机械波的形成与传播 2.机械波的形成条件机械波的形成条件 强调机械波的产生条件有两个：一是要强调机械波的产生条件有两个：一是要有做机械振动的物体作为波源，二是要有做机械振动的物体作为波源，二是要有能够传播机械振动的介质有能够传播机械振动的介质 振动与波的关系：振动与波的关系：有机械波必有机械有机械波必有机械振动，有机械振动不一定会产生机械波振动，有机械振动不一定会产生机械波第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播【演示演示】铃铛分别置于空气和真空中振动得到铃铛分别置于空气和真空中振动得到的不同结果。的不同结果。第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播 3.机械波成因分析

41、机械波成因分析以绳波的形成为例以绳波的形成为例 为使现象明显，绳要长些，波长要小些，但为使现象明显，绳要长些，波长要小些，但频率不能太快，所以要求绳中波速小些频率不能太快，所以要求绳中波速小些 而绳的单位长度内的质量越大、绳中张力越而绳的单位长度内的质量越大、绳中张力越小，波速也越小，故要用粗绳或内部装满水小，波速也越小，故要用粗绳或内部装满水的长乳胶管，也可用卷帘带珠子的拉绳的长乳胶管，也可用卷帘带珠子的拉绳 在绳的某一位置做好标记在绳的某一位置做好标记 1、绳子模型、绳子模型 2、一个质点的运动（通过质点间的作用力）、一个质点的运动（通过质点间的作用力）就会带动相邻的质点。依次带动后面的质

42、点就会带动相邻的质点。依次带动后面的质点,就形成了凸凹相间的波。就形成了凸凹相间的波。 3、每个质点只在自己平衡位置振动，并不随、每个质点只在自己平衡位置振动，并不随波迁移。每个点都在模仿带动它的点，所以沿波迁移。每个点都在模仿带动它的点，所以沿绳子方向传播是振动的形式。绳子方向传播是振动的形式。 -4、机械波形成的原因：介质内部各质点间存、机械波形成的原因：介质内部各质点间存在着相互作用力在着相互作用力第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播 3.机械波成因分析以绳波的形成为例第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播 3.机械波成因分析以绳波的形成为例 【学生活动学生活动

43、】学生手拉手演示波的形成学生手拉手演示波的形成t = 00481620 12 t = T/4 t = T/2 t = 3T/4 t = T 带着学生画带着学生画第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播 4.横波和纵波横波和纵波 演示实验：弹簧纵波演示实验：弹簧纵波 通过课件或横波、纵波演示仪明确概念通过课件或横波、纵波演示仪明确概念 横波、纵波横波、纵波 波峰、波谷；疏部、密部波峰、波谷；疏部、密部第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播第一节第一节 机械波的形成与传播机械波的形成与传播学生再次体会机械波的传播特点学生再次体会机械波的传播特点重点解决的问题 波长、振幅、频率

44、、波速的概念波长、振幅、频率、波速的概念 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系概念建立的过程完整波的概念完整波的概念第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系 同相同相：运动状态相同（位移和速度都相同）：运动状态相同（位移和速度都相同）2x2x2v2v1x1x10v 10v 第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系1、 波长波长 ( ) 1）定义：沿着波的传播方向，任意两）定义：沿着波的传播方向，任意两相邻相邻的的同相同相振动间的距离（包含一个振动间的距离（包含一个“完整的完整的波波”），叫做波

45、的波长。），叫做波的波长。2）特点（通过课件或横波演示仪观察）特点（通过课件或横波演示仪观察）1、 波长波长 ( ) 质点振动一个周期，振动形式在介质中传播的距离质点振动一个周期，振动形式在介质中传播的距离恰好等于一个波长恰好等于一个波长 相距相距整数倍的质点振动步调总是相同的；整数倍的质点振动步调总是相同的； 相距相距/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。奇数倍的质点振动步调总是相反的。 横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离 第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系2 2）特点）特点1 1）频率：介质中各质点的振动频率都相同，这

46、个）频率：介质中各质点的振动频率都相同，这个频率被称为波的频率。频率被称为波的频率。 每经历一个周期，原有的波形图不改变。每经历一个周期，原有的波形图不改变。 波源质点振动的周期（或频率）就是波的波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）。周期（或频率）。 （受迫振动，波的频率由波（受迫振动，波的频率由波源决定）源决定）2 .2 .周期和频率周期和频率第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系（1 1）定义：）定义：（2）波速的大小由介质的性质决定）波速的大小由介质的性质决定 。（理论推。（理论推导，介质的性质决定）导，介质的性质决定）3 3、波速（、波速（v）4 4）

47、波速与质点振动速度的区别（学生易错点）波速与质点振动速度的区别（学生易错点）第二节第二节 波长与波速、频率的关系波长与波速、频率的关系fTv（3 3）波进入不同介质，周期（频率）不变，波）波进入不同介质，周期（频率）不变，波长、波速发生改变。长、波速发生改变。 重点解决的问题 波的图像的含义波的图像的含义 振动方向与传播方向的关系振动方向与传播方向的关系 振动图像与波的图像的区别振动图像与波的图像的区别 波的多值问题波的多值问题第三节第三节 波的图像波的图像 【问题】如何描述机械波？图像 要求学生在某时刻的波形图上建立坐标系第三节第三节 波的图像波的图像1、如何描述机械波 照片（某时刻）照片（

48、某时刻）建立坐标建立坐标 为什么要在照片上建立坐标？为什么要在照片上建立坐标？ 平衡位置距离原点平衡位置距离原点30cm处的质点，在这一时刻处的质点，在这一时刻的位移为的位移为-5cm。 学生说：学生说：平衡位置距离原点平衡位置距离原点80cm处的质点，在处的质点，在这一时刻的位移为这一时刻的位移为+8cm。/cmx/cmy305 808第三节第三节 波的图像波的图像1、如何描述机械波 照片照片(某时刻某时刻)建立坐标建立坐标 横坐标横坐标x： 表示在波的传播方向上各质点的平衡位置表示在波的传播方向上各质点的平衡位置 表示各个质点的平衡位置与原点的距离（原点不表示各个质点的平衡位置与原点的距离

49、（原点不一定是波源）一定是波源） 轴坐标轴坐标y： 表示某表示某(同同)一时刻各个质点偏离平衡位置的位移一时刻各个质点偏离平衡位置的位移/cmx/cmy305 808第三节第三节 波的图像波的图像1、如何描述机械波、如何描述机械波 照片照片(某时刻某时刻)建立坐标建立坐标 波的图象的物理意义：波的图象的物理意义： 描述描述某一时刻某一时刻波形中波形中各个质点各个质点的位移的位移/cmx/cmy第三节第三节 波的图像波的图像 继续引导学生：继续引导学生： 从波的图象上，除了知道质点某个时刻的位移从波的图象上，除了知道质点某个时刻的位移以外，我们还能知道什么？以外，我们还能知道什么？第三节第三节

50、波的图像波的图像 2、质点位移、回复力、加速度、速度的方向、质点位移、回复力、加速度、速度的方向 （带着学生在画）（带着学生在画）xyOPVxFaFa:x 由由平平衡衡位位置置指指向向所所在在位位置置:FxFkx 与与 方方向向相相反反。:aF与与 同同向向:v 找找离离波波源源更更近近的的质质点点vxvxyOPV（带动法）带动法）第三节第三节 波的图像波的图像x/my/cm5-50246vPQ先带后，后跟前先带后，后跟前, ,运动状态向后传运动状态向后传. .第三节第三节 波的图像波的图像3、如何确定下一时刻的波形（平移法）、如何确定下一时刻的波形（平移法）0.51.01.52.02.53.

51、03.54.00/my/mxvt 每每个个点点的的振振动动形形式式，都都向向前前传传播播了了（板板书书）1.5m处的振动形式（波谷），经处的振动形式（波谷），经4s传将向前播传将向前播2m（3.5m处），所以处），所以3.5m处的质点也处在波谷的位置。处的质点也处在波谷的位置。教教师师在在黑黑板板上上描描点点，向向学学生生展展现现这这个个过过程程【例例1】如图所示，横波正沿着如图所示，横波正沿着X轴正方向传播，波轴正方向传播，波速为速为0.5m/s，试画出经过，试画出经过1s后和后和4s后的波形图。后的波形图。第三节第三节 波的图像波的图像如何确定下一时刻的波形0.51.01.52.02.53

52、.03.54.00/my/mx3、如何确定下一时刻的波形（平移法）、如何确定下一时刻的波形（平移法）【例例1】如图所示，横波正沿着如图所示，横波正沿着X轴正方向传播，波轴正方向传播，波速为速为0.5m/s，试画出经过，试画出经过1s后和后和4s后的波形图。后的波形图。第三节第三节 波的图像波的图像xy0 若规定上图为若规定上图为0时刻时刻的波形图，请你在右的波形图，请你在右图中绘制出图中绘制出P点随时点随时间变化的振动图像间变化的振动图像0yt4T2T 34TT54T先请学生画，后给动画先请学生画，后给动画4.如何根据波动图像确定振动图像如何根据波动图像确定振动图像第三节第三节 波的图像波的图

53、像描点法描点法0yt4T2T 34TT54Txy0 xy0 xy0板书与笔记0t 4Tt 2Tt 第三节第三节 波的图像波的图像5.波波形形图图像像和和振振动动图图像像区区别别录像录像照片照片第三节第三节 波的图像波的图像 【例例2】一列横波沿轴正向传播，一列横波沿轴正向传播，为介质中的沿波传播方向上四个质点的平衡位置。为介质中的沿波传播方向上四个质点的平衡位置。某时刻的波形如图所示，此后，若经过周某时刻的波形如图所示，此后，若经过周期开始计时，则图描述的是期开始计时，则图描述的是 处质点的振动图像处质点的振动图像 处质点的振动图像处质点的振动图像 处质点的振动图像处质点的振动图像 处质点的振

54、动图像处质点的振动图像高考热点：波的图像与振动图像综合题 解决策略解决策略：一个时刻与一个质点联系，两一个时刻与一个质点联系，两个图像事发的时间、地点要相对应。个图像事发的时间、地点要相对应。6、波的多值问题第三节第三节 波的图像波的图像【例3】向右传播xy0 x第三节第三节 波的图像波的图像向左传播xy0 xxy0 x第三节第三节 波的图像波的图像xy02x4x1x3x板书与笔记波波向向右右传传播播33312444可可能能的的位位移移有有：、波波向向左左传传播播11112444可可能能的的位位移移有有：、第三节第三节 波的图像波的图像 如果波向左传播，则)41(1nxtntxv)41(114

55、11ntT 如果波向右传播，则)43(2nxtntxv)43(22432ntT第三节第三节 波的图像波的图像不同的思路140.5nsvts 0.514vsTn 第三节第三节 波的图像波的图像 要求要求:通过实例，了解惠更斯原理，能用其通过实例，了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。分析波的反射和折射。 建议建议:是难点，不是重点，不作过高的要求是难点，不是重点，不作过高的要求 通过水波实验观察促进学生的理解通过水波实验观察促进学生的理解.（视频）（视频） 第第四四节节 惠惠更更斯斯原原理理 第四节第四节 惠更斯原理惠更斯原理教学建议教学建议 1.几个基本概念：波面、波线、波前几个基本概念：

56、波面、波线、波前 建议讲这些基本概念时不要用建议讲这些基本概念时不要用ppt，边画边讲学生听得，边画边讲学生听得清楚明白，也容易理解。否则听得明白记不住。清楚明白，也容易理解。否则听得明白记不住。第四节第四节 惠更斯原理惠更斯原理2、惠更斯原理（耐心讲、细致） 惠更斯在惠更斯在1690年提出：介年提出：介质中任一波面上的各点，质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络子波在波前进方向的包络面就是新的波面。这就是面就是新的波面。这就是常 说 的 惠 更 斯 原 理常 说 的 惠 更 斯 原 理(Huygen

57、sprinciple)。 做成动画显示包络面可能要生动一些，但学生自己不能动手画在笔记上，记忆不会深刻。演示完还是要画一下更好。第四节第四节 惠更斯原理惠更斯原理3、用惠更斯原理解释反射与折射 波的折射波的反射利用平面几何的知识利用平面几何的知识可以得到折射角可以得到折射角r r与入与入射角射角i i的以下关系（还的以下关系（还是证明一下较好）是证明一下较好）21sinsinvvri第四节第四节 惠更斯原理惠更斯原理 知道波的叠加原理。 认识波的干涉现象，知道产生稳定干涉现象的条件。 认识波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。 知道干涉和衍射是波特有的现象。 第五节第五节 波的干涉和衍射波的干涉和衍射需要解决的问题需要解决的问题1.波的叠加波的叠加为干涉做好铺垫为干涉做好铺垫 做好实验做好实验波的叠加原理波的叠加原理 找一根长绳放在教室地上效果很好或找一根长绳放在教室地上效果很好或【视频视频】 动画促进理解动画促进理解 两列波相遇后，仍能保持各自