机械波

机械波 一、全章说明 概述 本章是波动这一部分的基础章．有关波的共性的知识，如波的描述、波长、频率、波速、波传播的规律、波的图象、波的反射和折射、波的干涉、衍射等等都在这一章里介绍．讲述机械波的知识必须联系力学中讲过的机械振动的知识，在此基础上延伸．因此，这是承前启后的一章．

与现行教材相比，波动这部分有所加强，表现为内容稍有增删，讲法有所改变，希望在有限的时间内学生能更有效地学得知识． 波动是高中物理的一个难点．主要是因为，它需要学生理解并想象多个质点同时又不同步的整体运动和在空间的传播，对学生的理解力和空间想象能力有较高的要求．本章尽量用形象的比喻、图示和分析来帮助学生理解．并抓住主干，削弱旁枝，切实让学生理解最主要、最基本的知识，并通过对知识的学习提高能力．

单元划分 本章分为三个单元： 第一单元：第一节至第三节，讲波的产生、传播和描述． 第二单元：第四节至第六节，讲波的特有现象：反射、折射、干涉和衍射． 第三单元：第七节和第八节，介绍声波和多普勒效应．

具体说明 １波的概念是学习波的第一个难点．本章从脉冲的传播（即一个波形的传播）开始，进而说明连续波的产生，由一维波动到三维波动．教材通过比喻、模拟和多幅图片，使学生比较形象地、步步深入地认识波的形成，明确波是传递能量的一种方式．在以后的讲述中，也注意了图示和比喻的运用． ２与现行教材相比，本章的内容有所扩展：介绍了平面波和球面波，增加了 两节选学内容“波的反射和折射”、“多普勒效应”．这是希望在不增加更多负担的前提下，使学生对波的认识更丰满、更深入一些．这两节安排为选学，是因为现行大纲没有这部分内容，又考虑能给不同的师生以选择的余地，希望有条件的学校和班级做一尝试，积累些经验．但并不要求所有的学生都必须学习． ３声学的知识与日常生活、生产、科学技术都有密切关系，理应讲得更丰满些，限于大纲要求和课时容量，比现行教材内容有所减少．即，凡是初中介绍过的内容，在此就不再讲述，而是从波的共同特性的角度，介绍了声波的反射、衍射、干涉和共鸣；在章后增加了一个阅读材料“混响”，以开阔学生对声学知识的视野． ４多普勒效应普遍存在，随着科学技术的发展，它的应用日益广泛，如应用于科学研究、交通管理，医疗检查等等．多数国外教材都将它列为必学内容．在这里虽然因大纲和课时的限制，列为选学内容，并且多以声波为例来讲述，但希望有条件的学校或班级，在可能的情况下，给学生做些介绍，或者指导学生自己阅读，以开阔学生眼界．

二、教学要求和教学建议 全章教学要求 １理解机械波如何形成和传播．知道横波和纵波． ２知道描述波的物理量：波长、波速和频率，掌握它们之间的关系．理解波的图象． ３知道波的干涉和衍射现象，知道它们是波所特有的． ４知道声波的反射、干涉、衍射、共鸣现象和多普勒效应． （一）波的形成和传播 教学要求 ●理解机械波如何形成和传播．知道横波和纵波． １知道直线上的波的形成过程． ２知道什么是横波，知道波峰和波谷． ３知道什么是纵波，知道疏部和密部． ４知道有平面波和球面波，知道波面和波线． ５理解“机械振动在介质中传播，形成机械波”．知道波在传播运动形式的同时，也传递了能量． 教学建议 １讲解波动离不开振动，而有关振动的知识是在高中一年级讲的，学生可能遗忘，可根据学生实际进行适当复习． ２波是一种重要而又普遍的运动形式，也是高中物理学习的一个难点．课本对波的概念没有由定义出发，而是从单个波即脉冲开始，讲解波的产生和传播，通过比喻、模拟和多幅图片，使学生比较形象地、步步深入地认识波的形成，明确波是传递能量的一种方式．学生对波的认识和理解需要一个过 程，教学中不可急于求成，注意不要过多在概念上讨论，而要多举学生常见的或易于了解的实例、比喻或模拟，帮助学生逐步体会和理解． ３课本虽然介绍了平面波和球面波，但这只是为了帮助学生全面了解波的运动形式，并不要求做过多介绍，更不要进行深入讨论，以免增加难度和负担．其中出现的名词，如波面、波阵面、波前、波线等，只需知道，不要让学生死记硬背． ４波在传播运动形式的同时，也传递能量和信息．这一重要结论，要使学生通过学习明确起来． （二） 波的图象 （三） 波长、频率和波速 教学要求 ●理解波的图象． ●知道描述波的物理量：波长、波速和频率，掌握它们之间的关系． １知道波的图象的意义．知道波的图象的横、纵坐标各表示什么物理量，能在图中指出波长和质点振动的振幅． ２已知某一时刻波的图象和波的传播方向，可以指出图象中各个质点在该时刻的振动方向，以及下一时刻的波的图象． ３知道什么是波长、频率和波速．知道并会运用它们之间的关系式． 教学建议 １波的图象是一种数学表示，课本着重讲清波的图象是表示各个质点在某一时刻的位移．对此，学生在初学时，并不容易理解，开始时可借助波的图象与某时刻横波的形状相似，帮助学生理解．要让学生弄清，波的图象中横、纵坐标各表示什么物理量．对于纵波的图象，一般不做要求，对于学习基础较好的或有余力的学生，可引导他们阅读课本第二节后花纹线框里的内容和思考章后Ｂ组习题的第３题（选作）． ２学生比较容易将波的图象和振动图象相混淆，可以在讲解波的图象时，复习高一年级学过的振动图象，并将波的图象与振动图象相比较，切实将它们区分清楚．可对照课本节后１５５页花纹线框中的对比，引导学生思考和讨论． ３波长、波速和频率是描述波的特性的物理量，要让学生切实理解它们．要清楚波源以某一频率振动后，在波的传播过程中，介质中的质点也依次以这个频率振动，这个频率，也就是波的频率，它与介质无关．波在不同的介质中传播的速度不同，波长由波速和频率共同决定． 波长、频率和波速的关系式，经常用到，应要求学生弄清． ４第三节中的例题，是应用波的传播知识和波的图象知识的典型题目，真正理解了，对巩固和深化这些知识很有好处．它对初学者有一定难度，要帮助学生理解和掌握．对于大多数学生，就可到此为止，不宜再做进一步要求． （四） 波的反射和折射 教学要求 １知道波传播到两种介质的交界面时，会发生反射和折射． ２知道波发生反射时，反射角等于入射角．反射波的频率、波速和波长都与入射波相同． ３知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同．知道折射角与入射角的关系． 教学建议 １本节是选学内容．讲解本节内容应配合相应的演示实验，让学生通过观察得出结论．不要求在理论上进行过多分析． ２本节最后通过比较波和光的反射和折射，引导学生思考光是否也是一种波，为以后的学习设了伏笔． （五）波的衍射 教学要求 ●知道波的干涉和衍射现象，知道它们是波所特有的． １知道波的衍射现象． ２知道波发生衍射的条件． ３知道衍射是波特有的现象． 教学建议 １做实验和利用图片对于学生认识衍射现象很有帮助，教学中要注意创造条件做好实验，并充分利用课本提供的图片讲解．突出实验中观察到的“特殊”现象，帮助学生从观察实验和图片中归纳出结论． ２对于衍射现象，在高中阶段不从理论上进行讨论，因此，不要引导学生探究“为什么波会发生衍射”，“为什么发生显著衍射现象的条件是障碍物比波长小”等类问题． （六）波的干涉 教学要求 ●知道波的干涉现象，知道它们是波所特有的． １知道波的叠加原理． ２知道什么是波的干涉现象和干涉图样． ３知道干涉现象也是波所特有的现象． 教学建议 １波的干涉实质上是波的一种特殊的叠加现象．所以，理解波的叠加现象是认识波的干涉现象的基础．这里关键是理解两列波相遇而发生叠加时，对某一质点来说，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和．而不同时刻，这一质点发生的总位移则可能是不同的． ２在学生理解叠加的基础上，再进一步说明，在特殊情况下，即当两列波的频率相同时，叠加的结果就会出现稳定的特殊“图样”干涉图样——某些点振动始终加强，某些点振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔．这就是干涉现象．对干涉现象的理解，需要一定的空间想象能力，有的学生一下子不容易理解，应适当给予指点．有条件的还可以借助多种教学手段(如模型、计算机模拟等)，尽可能形象、直观地帮助学生理解和想象． ３与衍射现象相同，高中阶段对于干涉现象也不从理论上进行讨论．教学中要注意掌握分寸，避免增加难度．如教材中未强调相干条件，只是就特殊情况，即振源的振动步调相同同相的情况，叙述了波的干涉，教学中不宜补充． （七）声波 教学要求 ●知道声波的反射、干涉、衍射、共鸣现象． １知道声波的产生和通常情况下的声速．知道人耳能听到的大致频率范围． ２知道声波的反射现象． ３知道声波的干涉、衍射和共鸣现象． 教学建议 １本节在初中的义务教育物理教材的基础上介绍有关声学的知识．凡初中已讲过的内容则从简或略去不讲．如关于响度、噪声等问题这里就没有涉及．教学中可先复习初中的有关内容，再加以引伸． ２声波的衍射、共鸣等现象，常常见到，但学生未必注意或意识到．可引导学生分析可能见到的实际现象以加深理解和认识，这样也有利于培养学生用学过的知识观察、解释实际现象和问题的能力． ３节后有两个阅读材料：“超声波和次声波”、“混响”，都是有实际应用意义的问题．可安排学生自己阅读，以开阔眼界，提高学习兴趣． （八） 多普勒效应 教学要求 ●知道多普勒效应． １知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别． ２知道什么是多普勒效应，知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象．了解一些它的应用． 教学建议 １本节主要以声波为例介绍多普勒效应．它比较常见，易于为学生接受，而且只对多普勒效应做定性的分析说明，使学生对多普勒效应有初步的了解，教学中要注意不宜引伸． ２多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象，这比波动现象又复杂了一些．要理解多普勒效应，学生必须先知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别，这是学习本节的关键．课本结合示意图重点说明了这一问题．教学中可结合学生实际进行讲解． ３本节有一“旁批”，用“极端假设”的方法，帮助学生想象观察者远离波源时，接收到的频率减小的道理，以理解多普勒效应，教学中可引导学生思考． ４多普勒效应在现代生产和生活中有广泛的应用，除了课本中提到的，还可根据实际情况补充介绍一些应用实例，以开阔眼界和引起兴趣．