高教版《技术物理 上册》5-4 机械波教案

第第页高教版《技术物理上册》5-4机械波教案MACROBUTTONMTEditEquationSection2方程段1节15-4机械波

一、教学目标

1．了解机械波的形成过程。

2．掌握横波和纵波的特征，了解波与振动的区别与联系，知道波是能量传递的一种方式。

3．理解波长、波速和频率的概念。

4．能用波长、波速、频率的关系进行有关的计算。

二、教学重点难点

重点：1．机械波的形成过程。

2．波长、波速、频率的关系。

难点：机械波的形成过程。

三、教学器材

横波、纵波演示仪，图片。

四、教学建议

教法建议

观察、演示实验、讨论。

教学设计方案

（一）引入新课

俗话说“一石激起千层浪”，当你向平静的水面投一小石子，会看到水面上一圈圈起伏不平的波纹由石落处逐渐向四周传播出去，这一圈圈起伏不平的波纹就是水波（图1）。水波是一种机械波。

（二）引出课程内容

1．机械波机械振动在弹性介质中的传播，称为做机械波，简称波。

（1）产生机械波的条件

波源：产生机械波的振动质点。

弹性介质：传递机械波的弹性介质。

产生机械波的条件；同时存在波源和弹性介质。

（2）横波

①横波的定义：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。

如图2所示，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，绳波是一种横波。

②横波的形成过程：

设想把绳子分成许多小部分，把每个小部分看作一个质点。这样，可以把绳子看作是由一个个相互联系的质点组成的，并假设在没有发生振动之前相邻质点间的距离都相等，如图3所示。设想质点1在外力作用下，在跟绳垂直的方向上做受迫振动。当质点1离开平衡位置向上运动以后，绳就发生了形变，这样就产生了使质点2向上运动的弹力。同样，在质点2向上运动以后，又将产生使质点3随着运动的弹力等等。这样，每个质点的运动都牵动后面的质点，而后面的质点总比它前面的质点滞后一点振动。从整体上看才形成凸凹相间的波向前传播。

③波峰和波谷

横波中，凸起的最高点称为波峰，凹下的最低点称为波谷。横波在传播时，波峰和波谷交替向前传播。

（3）纵波

①纵波的定义：介质质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波称为纵波。

如图4所示，把一根长的螺旋弹簧的一端固定，另一端连接一个金属球，球固定在钢片上，当金属球沿弹簧方向左右振动时，在弹簧上就有疏密相间的弹簧波向右传去，弹簧波就是一种纵波。

②纵波的形成过程：在弹簧波中，由于金属球沿着弹簧的方向振动，与金属球相连的那部分弹簧依次带动后面的每一小段弹簧，且后一小段弹簧总比前一小段滞后一点振动。由于弹簧是在左右振动，因而从总体上看形成的是疏密相间的波（见图5）。

2．描述机械波的特征量

⑴周期和频率：波动的周期等于波源的周期；波动的频率等于波源的频率。

周期和频率的关系为

⑵波长：在一个周期的时间内，振动在介质内的传播距离，称为波长。常用字母λ来表示，波长的单位：m。

横波上两个相邻波峰之间的距离，或两个相邻波谷之间的距离，都等于波长。纵波上两个相邻的密部(或疏部)中心之间的距离，都等于波长。

⑶波速：在波动过程中，振动在介质中传播的速度称为做波速，它的大小是由介质本身的性质决定的。

3．波速、波长、频率的关系

在均匀介质中，振动是匀速传播的，也就是说，波速是常量。这时，波长等于波速跟周期的乘积，即

或

即波的速度等于波长和频率的乘积。这个关系虽然是由机械波中得到的，但它对电磁波也是适用的。

例题一列声波，频率为400Hz，求它在空气中和水中的波长。

解已知f=400Hzv1=331m/sv2=1440m/s

则该声波在空气中的波长为

在水中的波长为

4．波是能量传递的一种方式

在波动过程中，传播出去的只是运动的形式——振动，质点本身并不随着波一起向前传播，它们仍以各自的平衡位置为中心在振动。质点振动时都具有能量，因此，在传播振动的同时，也伴随着能量的传递。这些能量是从波源通过前面的质点依次传来的。由于能量的传递，波源的能量将逐渐减少，振幅也就越来越小。如果给波源持续地供应能量，那么，能量就会持续地以波的形式向外传递。可见，波是能量传递的一种方式。

（三）小结

1．机械波的概念、产生的条件、形成过程。

2．横波和纵波的特征。

3．波速、波长和频率的关系。

（四）作业布置

1．p1365、6题2．《技术物理练习册》（第3版）相关习题

（五）教学说明

机械波对学生来说不好理解，尤其是机械波的形成过程及描述。波传递的是振动的形式，质点并不随波传递，振动和波的区别与联系等，学生理解起来也有一定的困难。因此，需通过演示实验来分析论证，使学生易于接受。

图1

O

绳波

图2

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t=T/4

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