人教版高中物理选修3教案 波 的 图 象

波的图象疱丁巧解牛知识·巧学一、波的图象1.波的图象波传播时，各质点都在平衡位置周围振动，如图12-2-1所示为向右传播的横波中各质点在某时刻的位置.各质点的位移矢量用从平衡位置指向该时刻所在位置的有向线段表示.波的图象有时也称波形图，简称波形.图12-2-1误区警示虽然横波的图象形状与波在传播进程中介质中各质点某时刻的散布相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰益处于平衡位置.可是波的图象表示的是某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移情况，二者之间有明显的区别，要注意.2.横波的波形图象的成立用横坐标x表示在波的传播方向上介质中各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定横波中位移方向向上时为正值，位移向下时为负值.在xy平面上，画出各个质点的平衡位置x与各质点偏离平衡位置的位移y的各点（x，y），用光滑的曲线把各点连接起来就取得了横波的波形图象（如图12-2-2）.图12-2-23.纵波的图象的成立波的图象是一种数学的表示方式，只是在横波的情况下能直观地表示出波形.在纵波中，若是规定质点的位移方向向右时取正值，位移方向向左时取负值，可以一样地画出如图12-2-3所示的纵波的图象，可以看出纵波的图象与纵波的“形状”并无相同的地方.实际上，在横波中若是规定位移方向向下时取正值（一般不这样规定，但这样规定何尝不可），则作出的波的图象与横波的形状恰好相反.图12-2-3纵波的图象，图甲表示各个质点所在的平衡位置，图乙表示各个质点发生的位移，图丙表示纵波的图象，其中横坐标表示各个质点的平衡位置，纵坐标表示各个质点的位移，如x2表示质点2向右的位移，x5表示质点5向左的位移.图12-2-34.正弦波若是波的图象是正弦曲线，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波.5.图象的特点（1）横波的图象形状与波在传播进程中介质中各质点某时刻的散布相似，波形中的波峰即为图象中的位移正向最大值，波谷即为图象中位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图象中也恰益处于平衡位置.（2）波形图线是正弦或余弦曲线的波称为简谐波.简谐波是最简单的波.对于简谐波而言，各个质点振动的最大位移都相同.（3）波的图象的重复性：相隔时间为周期整数倍的两个时刻的波形相同.（4）波的传播方向的双向性：不指定波的传播方向时，图象中波可能向x轴正向或x轴负向传播.二、由波的图象可获取的信息若是已知一列波某时刻波形如图12-2-4所示，那么咱们从波的图象中可以获取的信息有以下几点：图12-2-41.可以直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的位移.图线上各点的纵坐标表示的是各点在该时刻的位移.如图线上的M点的位移是2 cm. 2.可以直接看出在波的传播进程中介质各质点的振幅A，即波动图线上纵坐标最大值的绝对值，如图12-2-4中波的振幅为A=4 cm.3.可以由波的传播方向判断出质点的运动方向，也可以由质点的运动方向判断出波的传播方向.如图12-2-4中，由波向右传播，可知点M向上运动，反之，若是M向上运动，可知波向右传播.方式归纳按照波的传播方向肯定质点的振动方向（或由质点振动方向肯定波传播方向）(1)带动法：在质点P靠近波源一方周围图象上找另一点P′，P′若在下方，则P向下运动；若P′在上方，则P向上运动.(2)微平移法：按照波的传播方向，作出经微小时间Δt（Δt＜T/4）后的波形，由此可知Δt后质点的位置，按照其位置可判断出质点的振动方向.(3)口诀法：上坡“下”，下坡“上”，即沿着波的传播方向看，向上凸起时的振动方向向下，反之向上.(4)可以画出另一时刻的波形图，波由介质中的某一点传播到另一点需要必然的时间，即机械波在介质中是以必然的速度v （通常称波速）传播.在单位时间Δt 内某一波峰或波谷（密部或疏部）沿波的传播方向移动的距离等于波速.若是已知一列简谐波在t 时刻的波形图象及波的传播方向，又知波速，就可以够画出经Δt 后的波形图象.学法一得 在已知的某一时刻的波形图象，若要画出t+Δt 时刻的波形图象，则须将波的图线沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t+Δt 时刻的波形图象.若要画出t-Δt 时刻的波形图象，则须将波形图线逆着波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t-Δt 时刻的波形图象，这种方式称为平移法.辨析比较 波的图象和振动图象的比较.振动图象 波的图象 研究对象一个振动质点 沿波传播方向上若干质点 坐标 横轴表示时间，纵轴表示质点的位移横轴表示波线上各质点平衡位置，纵轴表示各质点对各自平衡位置的位移 研究内容一个质点的位移随时间变化规律 某时刻所有质点的空间分布规律 图象物理意义图象表示一个质点在各个时刻的位移 图象表示某时刻，波线上各质点的位置 图象变化 随时间延伸，图象形状不变，只是图象沿t 轴延续 随时间推移，图象整体沿波的传播方向平移一个完整正弦（余弦）图象 表示一个周期T表示一个波长λ 典题·热题知识点一 波的图象例1如图12-2-5所示是一列横波在某一时刻的波形图，波沿x 轴正向传播.图12-2-5（1）该时刻A 质点运动的方向是向_____________，C 点的运动方向是向_____________，D 点的运动方向是向_____________.（2）再通过2T ，质点A 通过的路程是___________cm ，质点C 的位移是___________cm. 解析：（1）由于波沿x 轴正方向传播，所以A 点在“下坡区”，向上运动；C 点、D 点均在“上坡区”，C 、D 两点都向下运动.（2）再通过2T ，A 又回到平衡位置，所以A 通过的路程为4 cm ；C 点也回到平衡位置，其位移为0.答案：（1）上 下 下（2）4 0方式归纳 对于做简谐运动的质点其位移都是相对平衡位置而言.与起点在何处无关，这一点与运动学中的位移有所不同.例2一列横波在某时刻的波形图象如图12-2-6所示，此时质点F 的运动方向向下，则下列说法正确的是( )图12-2-6A.波水平向右传播B.质点H 与质点F 的运动方向相同C.质点C 比质点B 先回到平衡位置D.此时刻质点C 的加速度为零解析：由于质点F 要跟从和它临近的而且离波源稍近的质点运动，又知道质点F 的运动方向是向下的，则与它相邻的离波源稍近的质点的位置应在它的下方，对照图象可以判断出波源在质点F 的右方，故波是向左传播的，所以A 选项错误；与质点H 临近的而且离波源在质点I 的位置在质点H 的上方，则质点H 的运动方向是向上的，故B 选项错误；同理，可判断质点C 要向下直接回到平衡位置，而质点B 则先向上运动到最大位移后再返回平衡位置，这样质点C 要比质点B 先回到平衡位置，故C 选项正确；质点C 此时处于最大位移处，其加速度最大，D 选项错误.答案：C方式归纳 明确质点间的带动作用及F 点的振动方向，判断出波的传播方向，是解题的关键. 知识点二 波的图象的应用例3一列横波在某时刻的波形图如图12-2-7所示.若此时刻质点a 的振动方向向下，则波向什么方向传播？图12-2-7解析：取和a 点相邻的两个点b 、c ，若a 点此时刻向下振动，则b 点应是带动a 点振动的，c 点应是在a 点带动下振动的，所以b 点先振动，其次是a 、c 两点.因此，波是向左传播的. 答案：波向左传播.方式归纳 此题是考查波的传播方向与质点振动方向的关系.具体可以采用带动法或对波动图象形状转变的想象法得出答案.巧解提示 此类题目也可用平移法，画出下一时刻的波形，进行比较.知识点三 波的图象和振动图象例4一列简谐波在t=0时刻的波形图如图12-2-8（a ）所示，图（b ）表示该波传播的介质中某质点尔后一段时间内的振动图象，则( )图12-2-8A.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为a 点的振动图象B.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为b 点的振动图象C.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为c 点的振动图象D.若波沿x 轴正方向传播，（b ）图应为d 点的振动图象解析：在图(b)的振动图象中，t=0时刻质点在平衡位置并向y 轴的正方向运动，而图(a)的波形图却表明在t=0时刻，质点b 、d 在平衡位置，而a 、c 不在平衡位置，故A 、C 选项不可能正确.若波沿x 轴正方向传播，质点b 应向上运动（逆着波的传播方向在它周围找一相邻点，此点正好在它的上方，质点b 就应跟从它向上运动），B 选项正确.若波沿x 轴正方向传播，同理可以肯定质点d 应向下运动.D 选项错.答案：B巧解提示 对振动图象中某时刻振动质点运动方向的判断也可用“上坡上，下坡下”方式判断，“上坡”与“下坡”是指沿时间看去，“上坡”区均向上振，“下坡”区均向下振. 例5图12-2-9（a ）表示一列简谐波在介质中传播时，某一质点a 的振动图象，请你在（b ）图中作出这列简谐波在t=0时刻的波形图（质点a 画在座标原点上）.图12-2-9解析：t=0时刻质点a 正处于平衡位置且沿+y 方向运动，经4T 达正向最大位移处，设x 轴正向为波动方向，由波动与振动方向关系的判断方式，得出t=0时刻的波形如图12-2-10.图12-2-10答案：如图12-2-10所示.方式归纳 解此题关键要抓住t=0时，质点a 的振动方向，这就要求同窗们熟练掌握振动图象，知道质点a 的振动方向后，又假设波传播方向为x 轴正向，按照带动法即可取得t=0时的波的图象.知识点四 由已知波形图象画出某一时刻的波形图象例6一列沿x 轴正方向传播的横波在某一时刻的波形图象如图12-2-11所示，已知波的传播速度是16 m/s.图12-2-11（1）指出这列波中质点振动的振幅是多少；（2）画出再通过 s时的波形图象.解析：由图象的含义可以直接读出各质点的振幅，利用平移法可画出再通过 s时的波形图象.答案：（1）由图象可以看出，质点振动的最大位移是10 cm，因此振幅是10 cm.（2）经 s波形沿x轴正方向移动的距离为Δx=vΔt=16×0.125 m=2 m，所以通过 s后的波形图象如图12-2-12中的虚线所示.图12-2-12方式归纳当波形曲线沿x轴正方向移动2 m后，要注意将0到2 m之间的曲线补齐，画好. 巧妙变式若要画出此时刻前 s时的波形图象，只需沿x轴负方向移动2 m即可.知识点五波形图的周期性和波传播方向的双向性例7如图12-2-13是一列简谐波某一时刻波的图象，下列说法正确的是( )图12-2-13A.波必然沿x轴正方向传播、b两个质点的振动速度方向相反C.若a点此时的速度方向沿y轴正向，那么波的传播方向是沿x轴的正方向D.若波沿x轴的负向传播，则b质点的振动速度方向沿y轴的负方向解析：x轴是表示在波传播方向上的一系列质点的平衡位置，但x轴指向不表示波的传播方向，故A选项错.按照“坡形”法：无论波向左仍是向右传播，a、b都处于不同“坡区”，即当a处于下坡路时，b为上坡路，所以二者振动速度方向相反，故B选项正确.同理可判断C选项正确，D选项错误.答案：BC误区警示波的图象问题中，由于波传播的周期性，波形图的周期性和波传播方向的双向性，常有很多问题会出现多解，部份同窗在解答时常会出现漏解现象.问题·探讨问题如何画波的图象？探讨思路：波由介质中的某一点传播到另一点需要必然的时间，即机械波在介质中是以必然的速度v（通常称波速）传播.在单位时间Δt内某一波峰或波谷（密部或疏部）沿波的传播方向移动的距离等于波速.若是已知一列简谐波在t时刻的波形图象及波的传播方向，又知波速，就可以够画出经Δt后的波形图象.具体方式是：（1）在已知的某一时刻的波形图象上将波的图象沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t+Δt时刻的波形图象.（2）若要画出t-Δt时刻的波形图象，则要将波形图象逆着波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt，即取得t-Δt时刻的波形图象.这种方式称为平移法.探讨结论:沿波的传播方向移动一段距离Δx=vΔt.。

《波的图像》的教学设计实践与反思《机械波》是高中物理新人教版选修3-4的第十二章。

其内容比较复杂,既需要以前学过的力学和机械振动的相关知识,又是学习光的波动性和电磁波的基础,在教学中具有很严重的地位。

《波的图像》是本章的教学重点和难点,虽只要求定性讨论、简单应用,不做定量分析但仍是学生较难理解和掌握的知识点。

也是本章的重点内容,不容忽视。

本文针对这节课难点形成的原因、克服难点的方法进行一定的探讨并力求通过分析提出一套合理有用的教学设计方案。

一、教学难点分析在教材上,为降低难度只给出了横波及波的图像简单的对比,没有对波的图像的做法做进一步的说明。

本节课最后简单的分析了振动图像和波的图像的物理意义的区别,没有提及动态情况下波的图像的变化。

这给同学们深刻理解波的图像的物理意义并用波的图像解决实际问题带来很大的困难。

另外,波的图像是建立在《波的形成和传播》一节的学习基础上的,对于振动和波的联系和区别的理解直接影响到对振动图像和波的图像的物理意义的理解。

在波的图像应用中的“微平移法”和“分外点法”的得出及应用都依赖于对波的产生和振动的关系的认识。

因此在较抽象的第一节内容中未能较好的掌握有关知识也会造成学生在新的内容学习上的困难。

传统的教学中由于并不重视学生思维特点,不注意帮助学生形成正确的物理形象成为学习物理概念的主要障碍。

波的图像的形象不详尽也不清撤,这样便制约着学生运用形象进行思维的过程,长此以往学生的形象思维能力及想象力得不到发展,使用形象的数学语言――图像的能力也很不够。

同时由于前面学习的振动图像给学生构成定势影响,定势思维带来的消极作用也使波的图像的学习难度加大。

在教学过程中教师若替代学生充任主角,课上包揽大多数思维过程也是造成难点的严重原因。

学生作为接受和加工信息的主体,调动学生的各种感觉,激发学习兴趣是解决教学难点、培养自学能力和思维能力的严重方法。

二、教学设计的基本思想在机械波部分的教学中树立统一连贯的教学设计使教学工作环环相扣,并让学生了解研究机械振动的必要性和严重性,了解机械波部分研究的目标。

波的形成和传播 波的图像__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________1.理解波的图像及特性。

2.学会分析波的多解性及波的干涉和衍射。

1. 机械波的产生（1）机械振动在介质中的传播形成机械波． （2）机械波的产生条件：必须要有波源和介质．2. 机械波的分类（1）横波：质点的振动方向与传播方向垂直，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷． （2）纵波：质点的振动方向与传播方向在同一条直线上，质点分布最密的地方叫密部，质点分布最疏的地方叫疏部．3. 描述机械波的物理量（1）波长：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叫波长．在横波中，两个相邻波峰（或波谷）间的距离等于波长；在纵波中，两个相邻密部（或疏部）间的距离等于波长．（2）频率：波的频率由波源决定，无论在什么介质中传播，波的频率都不变． （3）波速：单位时间内振动向外传播的距离．波速的大小由介质决定． 波速与波长和频率的关系：v f Tλλ==．4. 特点（1）机械波在传播运动形式的同时，也将波源的能量传递出去．（2）机械波的传播过程中，质点在各自平衡位置附近振动，不随波迁移.（3）介质中各个质点的振动周期和频率与波源的振动周期和频率相同.（4）离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动，各质点的起振方向相同.5. 波的现象（1）衍射①波绕过障碍物继续传播的现象叫做衍射．②产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.（2）波的叠加：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和.（3）干涉①频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象．②产生稳定的干涉现象的必要条件：两列波的频率相同.③若两波源的振动步调一致，某点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该点为加强点；某点到两波源的距离之差为半波长的奇数倍，则该点为减弱点．这里的加强和减弱指的不是位移的增大或减小，而是振幅的增大和减小，即：加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都小．（4）多普勒效应：由于波源和观察者之间的相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应．如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小．6. 波动图象（1）表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移. 简谐波的图象为正弦或余弦曲线．（2）区分波动图象和振动图象①波动图象描述各个质点在某一时刻离开平衡位置的位移，振动图象描述一个质点在各个时刻离开平衡位置的位移.②波动图象的横轴是各个质点的平衡位置，振动图象的横轴是时间轴.③具体对比如下表：简谐振动的振动图像机械波的波动图像图像函数关系一个质点做简谐运动时，它的位移x随时间t变化的关系它在某一时刻某一直线上各个质点的位置所形成的图线（横波）坐标横轴一个质点振动的时间各质点的平衡位置（距离）纵轴一个质点不同时刻相对平衡位置位移同一时刻，各质点相对各自平衡位置的位移形状 正弦函数或余弦函数的图像由图像 可直观 得到的 数据 周期T 振幅A波长λ 振幅A 波峰及波谷的位置图像上 某一点 的意义 在某时刻（横轴坐标）做简谐运动的物体相对平衡位置的位移（纵轴坐标）在某时刻，距坐标原点的距离一定（横轴坐标）的该质点的位移（纵坐标）（3）横波的传播方向与质点振动方向的判断①微平移法：沿波的传播方向将波的图象做一个微小平移，然后由两条波形曲线来判断. 如图甲所示，虚线表示沿波的传播方向微平移波动图象后的图形，由图中可以看出，A 质点运动方向向上，B 质点运动方向向下.②上下坡法：沿波的传播方向看，上坡的点向下振动，下坡的点向上振动，即“上坡下、下坡上”. 如图乙所示，将波动曲线看作人行走的路径，波的传播方向看作人行走的方向，则在A 点处，人正在下坡，该处质点的振动方向向上；B 点处，人正在上坡，该处质点的振动方向向下.③同侧法：质点的振动方向与波的传播方向在波的图象的同一侧. 如图丙所示，在波动图象上的A 点沿水平方向作一个箭头表示波的传播方向，再在竖直方向作一个箭头表示质点振动方向，则这两个箭头总是在波动曲线的同一侧.（4）在波的图象上各质点振动方向的规律①质点的起振方向与波源开始振动的方向一定相同．②处于最大位移处（波峰或波谷）的质点一定将向平衡位置运动．③处于相邻的波峰和波谷之间的质点的振动方向一定相同；处于波峰（或波谷）两侧位移都为正值（或都为负值）的质点的振动方向一定相反．④对于横波在最大位移两侧，哪侧附近的质点正向最大位移运动，波就向哪侧方向运动．7. 多解性（1）波的时间、空间周期性,x n x t kT t λ=+=+ΔΔ，x n xv t kT tλ+==+ΔΔ（n k 、取自然数） 若x 与λ或t 与T 有约束关系，则解的个数有限． （2）波传播的双向性（3）题中所给条件如时间t Δ与周期T 关系不确定或传播距离x Δ与波长λ之间大小关系不确定 （4）介质中质点的振动方向未定8．已知某时刻的波形图和波速可以画出在时间t Δ前（或后）的波形图，具体方法是：（1）平移法：先算出经时间t Δ波传播的距离x v t Δ＝Δ，再把波形逆着（若顺着）波的传播方向平移x Δ即可，因为波动图像的重复性，若知波长λ，则波形平移n λ时波形不变，当x n x λ=+Δ时，可采取去整n λ留零x 的方法，只需平移x 即可．（2）特殊点法：（若知周期T 则更简单）在波形上找两个特殊点，如过平衡位置的点和它相邻的峰（谷）点，先确定这两点的振动方向，再看=t nT t +Δ，由于经nT 波形不变，所以可采取去整nT 留零t 的方法，分别作出两特殊点经t 后的位置，然后按正弦规律画出新波形．类型一：机械振动与机械波 单摆的周期例1．（2015 北京）周期为 2.0s 的简谐横波沿 x 轴传播，该波在某时刻的图像如图所示，此时质点 P 沿 y 轴负方向运动，则该波（ ）A ．沿 x 轴正方向传播，波速v = 20 m/sB ．沿 x 轴正方向传播，波速v =10 m/sC ．沿 x 轴负方向传播，波速v = 20m/sD ．沿 x 轴负方向传播，波速v =10 m/s解析：机械振动与机械波为每年必考题目，难度都不大。

光的波粒二象性一、教学目标1．知识目标：〔1〕了解事物的连续性与分立性是相对的.〔2〕了解光既具有波动性，又具有粒子性.〔3〕了解光是一种概率波.2．能力目标：〔1〕能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的.〔2〕能通过日常和实验事例理解概率的意义.〔3〕能领会课本的实验意义.3．德育目标：通过本节课的学习，领会实验是检验真理的惟一标准；体会我们惟有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现.二、教学重点1．光具有波粒二象性.2．光是一种概率波.三、教学难点1．概率概念.2．光波是概率波.四、教学方法在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论.由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识.五、教学用具CAI课件六、课时安排1 课时七、教学过程〔一〕引入新课干涉和衍射现象说明了光具有波动性.而光电效应现象又无可辩驳地证明了光具有粒子性，这使人们感到困惑，光的面目究竟是什么样的？我们好像很难在脑子里描绘出光既是粒子又是波的图景.所以这一节课我们将继续学习关于光是什么的课题——光的波粒二象性.〔板书课题〕〔二〕进行新课1．布置学生阅读课本.同时思考课本中的“思考与讨论〞及练习二的〔1〕、〔2〕、〔3〕［用时15′］2．课堂讨论2.1 分立与连续是相对的［教师］谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的.［学生相互讨论］［学生甲］在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的.［学生乙］下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变成了连续的了. ［教师］说的非常好，记得我们学习气体的压强时打过这个比方.雨下大了以后在伞上将产生持续的或者说是连续的压力，对不对？［学生］对.［教师］还有吗？［学生丙］课本的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个的点，这时光看起来是分立的.曝光量多的时候就变成亮带了，这时又是连续的.［教师］说的太好了，你分析的很到位.也就是当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米粒，表现出什么性质？［学生齐答］粒子性.［教师］当曝光量很大时表现出…［学生齐］波动性.［教师归纳］少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性.2.2 概率概念［教师］我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性.让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时那么显示出一定的规律性？［学生热烈讨论，有的那么在思考，用时2分钟］［教师］有想发言的吗？［学生想不出事例］［教师启发］课本介绍了在热学一章研究过的伽尔顿板，还记得当时是为分析什么问题？［学生甲］好像是分子热运动的速率.［教师］对.我们知道，温度升高时，不一定每个分子运动的速率都增加，但多数分子的速率在某一个值附近.随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动，如图21—4也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律——即概率规律.图21—4［教师］有没有在街上看到过一种小的赌博用的像伽尔顿板的东西？你用弹簧把玻璃球弹出.球在钉子间运动最后落在哪一个洞里就得到相应的奖品？［有的学生兴趣盎然地说看过，有人说试过］［教师］明白吗？那也是利用了概率的原理，贵一点的奖品总是在球进去概率比较小的那一格.虽然有个别人会拿到，但对大多数人来说，却只能是赔钱的，轮盘赌也是一样.［学生乙］买彩票也是一样.［教师］对了，所以我们说勤劳致富的概率才是最大的，像上面说的都是可遇不可求的东西.［学生笑］［教师］回到我们课本的实验上来，当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那些亮条纹就是光子到达概率多的地方，理解了吗？［学生］理解了.3.3 光波是概率波［教师］让我们首先来想这个问题，光波和机械波有什么不同？［学生甲］机械波在介质中传播，光波可以在真空中传播.不需要介质.［教师］对.比如绳波在绳中传播，是靠一部分对另一部分的作用来使振动传播开去的.但是我们能不能这样设想.相邻的光子之间也有一种相互作用从而形成光波呢？［学生乙］课本已有实验证明了不是这个原因.当每次只让一个光子通过狭缝时，仍然会出现相同的实验结果.［教师］你对课本领会的很好.那么光波确实是和机械波不同了，但是非常奇妙的是，在光的干涉中那些出现明条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，即光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波的规律来描述.从这个意义上来说，我们说光是一种波.但光波的干涉图景实际上并非是水波那样波峰和波峰叠加、波峰和波谷叠加的图景.明条纹只是光子到达概率大的地方.尽管这些人觉得不可思议，但这是实验事实，我们必须接受.2.4 归纳光具有波动性也具有粒子性，但它既不是宏观观念的波，也不是宏观观念中的粒子.〔三〕课堂巩固训练分别让学生简述练习二的〔1〕〔2〕〔3〕题［过程略］〔四〕知识拓展为了让学生更好地体会光的本质，提供一份光的本性认识发展简史让学生阅读：光的本性认识史一部光学说的发展史，就是人类认识光本性的认识史.让我们再次作一个简略的回顾，肯定比第一课有更深刻的理解.光的干涉、衍射有力地证明光是一种波.但它是一种什么性质的波呢？两种不同的光波理论1．惠更斯的波动说——把光看作是某种在介质中传播的波.这是一种典型的机械波观念，需借助介质，且波是连续的.2．麦克斯韦的电磁说——把光波看作是一种电磁波两种观点的争论焦点是：光波传播是否需要介质？〔1〕寻找这种介质“以太〞的彻底失败〔本来无一物，何来自寻烦〕.〔2〕电磁波本身就是物质，自身携带能量，无须借助介质传播.〔3〕但还有另一个主要问题还未解决，光波是否就是电磁波？麦克斯韦的电磁场理论证明了电磁场的速度等于光速，并由此看到了两者间的联系.赫兹又从实验得到了证实，光的行为与电磁波的行为一致.从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波.它揭露出光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系的认识.光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动、传播连续的成分.光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战，使我们不得不再回到微粒说方面来.3．牛顿的微粒说——把光看作沿直线传播的粒子流.它带有明显的机械运动的痕迹，也无法解释光的干涉、衍射这些现象.但这个学说中仍含有其合理的成分，这就是光的粒子性.4．爱因斯坦抛弃了牛顿微粒说中机械运动的成分，吸收了〔对方——波动说〕电磁辐射量子化的研究成果，把电磁辐射量子化转变、发展成为光行为的量子化，即光子说，重新恢复了光的粒子性的权威.但是，光子的物质性、不连续性并非牛顿微粒说意义下的实物粒子，光子没有静止质量，就个别光子而言，它与宏观质点的运动不同，没有一定的轨道，因而无法对个别光子的行为作出“科学的〞预测，它的行为不服从牛顿经典力学.光子说使光的粒子性有了新的内容.5．在对光本性的认识过程中，惠更斯的波动说和牛顿的微粒说是相互排斥、相互对立的.后来发展成为光的电磁说和光子说.人们发现，这两种相互对立的学说彼此都含有对方的成分，无法划清界线，更无法绝对独立，谁都不能说自己就是客观真理.光学说发展到此，已无法逃避辩证的综合.中国有句古话，叫做两极相通.人们终于明白，光的波动性的粒子性，不过是光这一客观事物矛盾对立的两个方面，它们共存于光这个统一体中，是矛盾的对立统一，彼此以对方存在为前提，这就是光的波粒二象性.它排除了非此即彼的形而上学观念〔这正是形式逻辑的重大特征！〕，建立了亦此亦彼的辩证观念，即在一定条件下承认非此即彼，在另一条件下又承认亦此亦彼.对光来说，一定条件下〔大量光子、传播过程、低频率光〕波动性上升为矛盾主要方面，那么波动性显著；而在另一条件下〔个别光子、光与物质作用、同频率光子〕粒子性上升为矛盾主要方面，那么粒子性显著.所谓彼一时也，此一时也，在微观世界里也存在着.在宏观物体来说不可思议的波粒二象性，在微观世界里却是真实的图景.矛盾啊！然而是事实.只有辩证思维才可以把握.恩格斯曾经指出：“常识在它自己的日常活动X 围内是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇到惊人的变故.形而上学的思维方式，虽然在相当广泛、各依对象的性质而大小不同的领域是正当的，甚至是必要的，可是它每一次迟早都要达到一个界限，一超过这个界限，它就要变成片面的、狭隘的，并且陷入不可解决的矛盾，…〔《反杜林论》P19)一切都依时间、地点、条件为转移，所以要对具体问题作具体分析，才能准确把握对象的情况，作出正确的认识.6．〔1〕光子说并没有否定电磁说.光子有能量E=h ν=hc/λ，光子有动量p=h ν/c=h/λ，E 、p 是粒子特征，ν、λ是波的特征.它们共同揭示了光的波粒二象性，在这两个公式中，光的波粒二象性被很好地统一起来.彼此含有对方的成分，无法分开. 〔2〕课文P251介绍了一个光的波粒二象性怎样统一起来的绝妙实验，从中得出个别光子的行为粒子性显著，大量光子的行为波动性显著.可见，对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性，在微观世界中却是不可避免的事实.这里只有一个质的差别：不能把光波看作宏观力学中的介质波、连续波，也不能把光子当作宏观世界中的实物粒子、质点.随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是很不相同的.总之，要理解多种频率的电磁波〔或者说各种频率的光子〕，就必须综合运用波动观点和粒子观点，这是由于二者是光不可分割的的属性，即波粒二象性.至此，我们终于认识到微观世界具有的特殊规律.〔五〕小结1．光波有一定的频率和波长.光子有一定的能量和动量，是矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分〔 E=h ν=h c〕2．光在传播过程中波动性显著，在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子的效果显示出波动性，个别光子的效果那么显示出粒子性；频率越低的光，波动性越显著，频率越高的光，粒子性越显著.〔六〕布置作业阅读课本该节内容〔七〕板书设计★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

波的形成和传播示范教案教学目标（一）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．（二）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．教学重点机械波的形成过程及描述教学难点机械波的形成过程及描述教学用具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。

教学步骤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。

第2节波的图像1.正弦波在介质中传播时，波所到处的介质质点都做简谐运动。

2．波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图像则表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移。

3．从波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”。

一、波的图像的画法二、正弦波1．概念波的图像是正弦曲线，这样的波称为正弦波，也叫简谐波，如图所示。

2．介质中有正弦波传播时，介质中的质点在做简谐运动。

三、振动图像和波的图像1．振动图像表示介质中的“某个质点”在“各个时刻”的位移。

2．波的图像表示介质中的“各个质点”在“某个时刻”的位移。

1．自主思考——判一判(1)波的图像表示质点在各个不同时刻的位移。

(×)(2)只有横波才能画出波的图像。

(×)(3)波的图像表示波中各质点在某一时刻的位移。

(√)(4)简谐波中各质点做的是简谐运动。

(√)2．合作探究——议一议如图甲为波的图像，图乙为振动图像，波的图像外形上与振动图像相似，如何辨别它们？提示：可根据图像的横坐标的意义进行区别，若横坐标为时间t，表示振动图像，若横坐标为位置x，表示波的图像。

1．对波的图像的理解(1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。

可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”。

(2)简谐波的图像是正(余)弦曲线，是最简单的一种波，各个质点振动的最大位移都相等，介质中有正弦波传播时，介质中的质点做简谐运动。

(3)横波的图像形状与波在传播过程中介质中各质点某时刻的分布相似，波形中的波峰即为图像中的位移正向的最大值，波谷即为图像中的位移负向的最大值，波形中通过平衡位置的质点在图像中也恰处于平衡位置。

2．由波的图像获得的三点信息(1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各个质点的位移。

(2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。

(3)若已知该波的传播方向，可以确定各质点的振动方向；或已知某质点的振动方向，可以确定该波的传播方向。