3.1 波的形成 教学设计
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文档简介
波的形成
核心素养教学目标及深度学习教学策略
（1）通过实验演示以及多媒体展示，将抽象的波的概念具象化，通过任务分解、情境创设和问题链设计，引导学生在实验和实例中认识到波是一种多质点的运动形式，而且是介质中质点间相互作用的结果。渗透运动与相互作用观念。（G2）
（2）通过对生活中的波分类以及观察绳波中各点的运动规律与特点，锻炼学生的观察与分析归纳能力（S2）。通过问题链的设置（T1），引导学生在思考与讨论过程中（T1-T4）建立理想绳波模型，培养了学生将复杂问题简单化，建立理想模型的能力（S1）。引导学生根据绳上各质点的运动规律，猜想并画出某些时刻的波形图（S3）。培养并锻炼学生的空间想象能力。
（3）通过“人浪”的模拟游戏，体会个体与整体的关系，培养学生的协作能力和集体主义精神。人类对地震波传播特点的应用举例，让学生体会到科技对人类生产、生活、生命安全的重要性。培养学生对科学探索的兴趣和社会责任感（Z3）。
2．针对教学重难点，深度学习教学策略
（1）重难点：理想绳波模型的建立。
之所以是教学难点是因为：高中学生已具备一定的模型建构能力。但却是第一次接触多质点运动，缺乏对多个质点，即多个研究对象的研究方法与思路。因此，可通过策略A活动与体验，提供多种形式、丰富直观的感性资料，引导学生一步步体会波的“带动”属性。再进一步将复杂问题简单化，通过策略D迁移与创造，类比单个质点的研究方法，将绳波的多质点同时运动问题简化为熟悉的单质点相互作用的情境。
（2）机械波传播特点的理解
之所以是教学难点是因为：
学生虽已具备了一定的抽象思维能力，但更善于形象思维，缺乏对多个质点同
时又不同步运动的想象，空间想象力欠缺。因此，可先通过B联想与结构，引导学生观察与联想生活中见到的波动情境，再需通过策略A活动与体验，观察这些多种形式的多媒体资料及演示实验，建构直观的波动情境，帮助学生形象化理解波动过程。
第二，学生一些错误的主观认知对研究波的形成还有一定的错误引导。例如：有同学
依据“生活经验”，主观上认为波传播方向上各个质点在波的传播过程中会随波迁移。可通过策略A活动与体验，例如：“人浪表演”等活动使学生亲身体会波的形成过程。进而引导学生“删繁去简”，总结机械波的本质，并通过策略C本质与变式，根据自己对机械波本质的理解，对机械波进行分类。多角度理解机械波的传播特点。
二、教学过程设计及实施
认识生活中的机械波
敲击音叉，音叉振动，我们听到了声音，这是声波在空气中传播的表现。
播放视频-带操表演：这是艺术体操的带操表演，运动员抖动手中的棍，我们看到彩带波浪翻卷。
这些现象都与波有关。
问题1：在日常生活中,除了这些, 还有各种各样的波, 比如，你还知道哪些波呢？
结合学生表述、ppt展示生活中各种波动情境，从生活出发，引导学生关注、观察波。
问题2：这些波的产生机制不同。如果我们把它们分为两类，你觉得哪些属于同一类
学生回答：绳波、绳波属于同一类波。
问题3：绳波、声波等是同一类。他们有什么共同特点？
学生回答：都需要介质、都是物体的机械振动引起的。
教师总结：这些与介质的机械振动密切相关的波，叫做机械波。
从这一章开始，我们就先来一起认识机械波，了解机械波的形成过程、特点。以便于我们更好地利用波，或预防和减轻波所造成的破坏。
2.以绳波为例研究机械波
提出问题：机械波是如何形成的呢？
提示：我们物理上研究问题都是从最简单的情境入手，我们刚才列举的这些机械波的例子中，以哪个为例来研究机械波的形成过程最方便、直观而且易于操作呢
学生回答：绳波
（1）用长软橡皮管演示绳波的形成过程
将手的一端向左抖动一次，引导学生观察现象（在绳上形成了一个小凸起从一端传到了另一端）；
将手向右抖动，在绳上形成的是向下的凹陷，也从绳一端传到另一端；
当手持续左右抖动，再次引导学生观察现象（在绳上形成了一列凹凸相间波形产生并从一端传播到另一端）
教师总结：绳子上一端的振动带动着绳上各部分运动，这种振动的传播就是我们常常说的波动。
（2）以问题链形式引导学生思考与关注绳波形成的本质原因，建立理想绳波模型
问题1：绳上的波在向前传播时，绳上的每个点有没有一起向前移动？
学生回答：绳上的每个点都在左右振动，没有向前运动。
问题2：绳子上的各点只是在某一位置左右振动，但却形成了一个向前传递的波，这是为什么呢？
学生回答：因为绳上的点都在动，每个点振动的前后不一样。
问题3：看来要研究波，得关注绳子各个点的运动，可是绳子的各部分是连在一起的一个整体，我们想研究的却是绳上各个点的运动。怎么办？
学生回答：可以用微元法，无限分割的思想。
教师适当补充提问，引导学生完善理想绳波模型的建立思路。
教师总结：我们可建立研究绳波的理想模型，即设想把绳子分为许多相互作用的小段，一个个小段看成一个个相连的弹性质点。
利用横波演示仪描绘绳波的形成过程图景
（1）演示绳波的形成，初步体会波的传播特点
教师提示：即使将绳看成一个个相连的弹性质点，刚才绳上每个质点的运动也是非常快的，不方便我们慢慢观察。因此引入横波演示仪。
【实验器材展示及介绍】
横波演示仪上有紧挨着的16个质点，代表了绳上等间距的16个质点，这些相邻的质点背后通过机关连在一起。这样排成一排就代表了一根静止的绳子。
【实验步骤1】
第一遍演示：
缓慢演示绳波的形成，让学生熟悉横波演示仪的工作过程
在某一个时刻暂停，让同学观察此时的情景，引导学生体会：如果我们在波动过程中，定格拍一张照片看到的是凹凸相间的波形，就像波浪一样；
再继续摇动横波演示手柄间隔暂定，选取其他不同时刻，展示波浪的不同形态；
将这些不同时刻图像连续起来（即不间断摇动手柄），看到了一列起伏的波浪。让学生体会到，其实这就是我们感觉到的波在传播。
问题1：请同学仔细观察，在波的传播过程中，各质点的运动有什么特点？
学生回答：各质点不随波迁移
后面的点总是在重复前面的点的运动过程，前面的点的现在就是后面的点的将来
后面的点的运动过程总是落后前面的点
它们起始振动的方向都一样
。。。。。。。
（2）学生依据自己观察到的波动特点，动笔画出波的形成过程。
【实验步骤2】
第二遍演示：教师演示前T/4周期波的形成过程：
t=0时刻，各质点都在自己的平衡位置上之后，质点1在外力作用下开始竖直向上运动，1质点带动2质点，2质点又带动3质点，3质点又带动4质点，后一个质点都在跟随前一个质点的步伐，都向上运动。但总是比前面的质点落后一点。如果我们假设波源从平衡位置出发，这样完成一次全振动再回到平衡位置的周期是T，那么波源从平衡位置到它到达最大位移处，就经过了T/4个周期，形成了一个这样的波形。这个时候，4质点刚要开始运动，波向前传播到了4质点处。
学生活动：猜测并画出接下来T/2、3T/4、T、5T/4这些特殊时刻的波形图。
第三遍演示：教师演示上述特殊时刻形成的波形，让同学们进一步观察并验证猜想
（3）进一步演示波在一个周期内波形图特点，为后续引入波长等概念铺垫
第四遍演示：连续演示几个周期内波形，引导学生观察波形特点
问题1：现在我们连续起来看，大家注意观察，振源振动一个周期时，波形是怎样的？
学生回答：一个周期，是一个完整的凹凸相间的波形。
问题2：振源振动两个周期时，波形又是怎样的？
学生回答：下一个周期，质点又开始重复前一个周期的运动，形成了相同的波形。
结合这个波的传播图像，我们发现波的传播其实是一个相互带动的过程，波源开始振
动后，由近及远的依次带动相邻质点振动，表现出来的就是波在传播。
结合机械波的形成过程图景，总结机械波的特点。
现在通过画图，学生对机械波的形成又有了进一步的认识。因此可引导学生分组讨论与思考下述问题总结出机械波的传播特点。
【思考问题：】 【学生答案：】
各质点是否随波移动？ 各质点不随波迁移
各质点的起振方向与波源的起振方向有什么关系？ 各质点与波源起振方向相同
各质点振动的周期与波源的振动周期有什么关系？ 各质点周期与波源周期相同
波源和各质点振动的先后顺序？ 波源振动，依次带动后点振动
问题1：各质点并没有随波迁移，但各质点的起振方向、周期又和波源相同。那么我们常常感觉到的波在传播，它传播的到底是什么？
学生回答：振动形式
问题2：绳上本来静止的质点，在波源的带动下依次振动起来，这表示它获得了能量。这个能量是怎么来的？
学生回答：波源传递的能量
教师总结：这说明波在传播振动形式的过程中，也将波源的能量传递了出去呢。除此之外，波还可以传递信息，我们用语言进行交流，就是利用声波传递信息。
做一做：学生根据自己体会的机械波的传播特点，模拟“人浪表演”。学生若能表演成功说明对机械波的形成与传播特点以完全掌握。
机械波的分类
演示实验：将一根长弹簧连续左右抖动，这些振动都会由近及远带动弹簧左右振动，我们看到了和刚才绳波一样凹凸相间的波形在弹簧中向前传播。这是一种机械波。
问题1：若前后推拉弹簧的一端，看到了什么现象？
学生回答：密集的弹簧圈产生和传播
问题2：弹簧圈有没有传到另一端？为什么会有这样密集的弹簧圈形成？
学生回答：弹簧一端振动起来，压缩弹簧，
教师总结：弹簧这一端的振动形式在弹簧中传播，也形成了机械波。
问题3：这种机械波与我们刚才观察到的绳波一样吗？哪里不同？为何不同？
学生：质点振动的方向和波的传播方向不一样。
教师总结：横波与纵波的特点并举例介绍。
机械波特点的应用：动画视频展示地震预警原理
核心素养教学目标及深度学习教学策略
（1）通过实验演示以及多媒体展示，将抽象的波的概念具象化，通过任务分解、情境创设和问题链设计，引导学生在实验和实例中认识到波是一种多质点的运动形式，而且是介质中质点间相互作用的结果。渗透运动与相互作用观念。（G2）
（2）通过对生活中的波分类以及观察绳波中各点的运动规律与特点，锻炼学生的观察与分析归纳能力（S2）。通过问题链的设置（T1），引导学生在思考与讨论过程中（T1-T4）建立理想绳波模型，培养了学生将复杂问题简单化，建立理想模型的能力（S1）。引导学生根据绳上各质点的运动规律，猜想并画出某些时刻的波形图（S3）。培养并锻炼学生的空间想象能力。
（3）通过“人浪”的模拟游戏，体会个体与整体的关系，培养学生的协作能力和集体主义精神。人类对地震波传播特点的应用举例，让学生体会到科技对人类生产、生活、生命安全的重要性。培养学生对科学探索的兴趣和社会责任感（Z3）。
2．针对教学重难点，深度学习教学策略
（1）重难点：理想绳波模型的建立。
之所以是教学难点是因为：高中学生已具备一定的模型建构能力。但却是第一次接触多质点运动，缺乏对多个质点，即多个研究对象的研究方法与思路。因此，可通过策略A活动与体验，提供多种形式、丰富直观的感性资料，引导学生一步步体会波的“带动”属性。再进一步将复杂问题简单化，通过策略D迁移与创造，类比单个质点的研究方法，将绳波的多质点同时运动问题简化为熟悉的单质点相互作用的情境。
（2）机械波传播特点的理解
之所以是教学难点是因为：
学生虽已具备了一定的抽象思维能力，但更善于形象思维，缺乏对多个质点同
时又不同步运动的想象，空间想象力欠缺。因此，可先通过B联想与结构，引导学生观察与联想生活中见到的波动情境，再需通过策略A活动与体验，观察这些多种形式的多媒体资料及演示实验，建构直观的波动情境，帮助学生形象化理解波动过程。
第二，学生一些错误的主观认知对研究波的形成还有一定的错误引导。例如：有同学
依据“生活经验”，主观上认为波传播方向上各个质点在波的传播过程中会随波迁移。可通过策略A活动与体验，例如：“人浪表演”等活动使学生亲身体会波的形成过程。进而引导学生“删繁去简”，总结机械波的本质，并通过策略C本质与变式，根据自己对机械波本质的理解，对机械波进行分类。多角度理解机械波的传播特点。
二、教学过程设计及实施
认识生活中的机械波
敲击音叉，音叉振动，我们听到了声音，这是声波在空气中传播的表现。
播放视频-带操表演：这是艺术体操的带操表演，运动员抖动手中的棍，我们看到彩带波浪翻卷。
这些现象都与波有关。
问题1：在日常生活中,除了这些, 还有各种各样的波, 比如，你还知道哪些波呢？
结合学生表述、ppt展示生活中各种波动情境，从生活出发，引导学生关注、观察波。
问题2：这些波的产生机制不同。如果我们把它们分为两类，你觉得哪些属于同一类
学生回答：绳波、绳波属于同一类波。
问题3：绳波、声波等是同一类。他们有什么共同特点？
学生回答：都需要介质、都是物体的机械振动引起的。
教师总结：这些与介质的机械振动密切相关的波，叫做机械波。
从这一章开始，我们就先来一起认识机械波，了解机械波的形成过程、特点。以便于我们更好地利用波，或预防和减轻波所造成的破坏。
2.以绳波为例研究机械波
提出问题：机械波是如何形成的呢？
提示：我们物理上研究问题都是从最简单的情境入手，我们刚才列举的这些机械波的例子中，以哪个为例来研究机械波的形成过程最方便、直观而且易于操作呢
学生回答：绳波
（1）用长软橡皮管演示绳波的形成过程
将手的一端向左抖动一次，引导学生观察现象（在绳上形成了一个小凸起从一端传到了另一端）；
将手向右抖动，在绳上形成的是向下的凹陷，也从绳一端传到另一端；
当手持续左右抖动，再次引导学生观察现象（在绳上形成了一列凹凸相间波形产生并从一端传播到另一端）
教师总结：绳子上一端的振动带动着绳上各部分运动，这种振动的传播就是我们常常说的波动。
（2）以问题链形式引导学生思考与关注绳波形成的本质原因，建立理想绳波模型
问题1：绳上的波在向前传播时，绳上的每个点有没有一起向前移动？
学生回答：绳上的每个点都在左右振动，没有向前运动。
问题2：绳子上的各点只是在某一位置左右振动，但却形成了一个向前传递的波，这是为什么呢？
学生回答：因为绳上的点都在动，每个点振动的前后不一样。
问题3：看来要研究波，得关注绳子各个点的运动，可是绳子的各部分是连在一起的一个整体，我们想研究的却是绳上各个点的运动。怎么办？
学生回答：可以用微元法，无限分割的思想。
教师适当补充提问，引导学生完善理想绳波模型的建立思路。
教师总结：我们可建立研究绳波的理想模型，即设想把绳子分为许多相互作用的小段，一个个小段看成一个个相连的弹性质点。
利用横波演示仪描绘绳波的形成过程图景
（1）演示绳波的形成，初步体会波的传播特点
教师提示：即使将绳看成一个个相连的弹性质点，刚才绳上每个质点的运动也是非常快的，不方便我们慢慢观察。因此引入横波演示仪。
【实验器材展示及介绍】
横波演示仪上有紧挨着的16个质点，代表了绳上等间距的16个质点，这些相邻的质点背后通过机关连在一起。这样排成一排就代表了一根静止的绳子。
【实验步骤1】
第一遍演示：
缓慢演示绳波的形成，让学生熟悉横波演示仪的工作过程
在某一个时刻暂停，让同学观察此时的情景，引导学生体会：如果我们在波动过程中，定格拍一张照片看到的是凹凸相间的波形，就像波浪一样；
再继续摇动横波演示手柄间隔暂定，选取其他不同时刻，展示波浪的不同形态；
将这些不同时刻图像连续起来（即不间断摇动手柄），看到了一列起伏的波浪。让学生体会到，其实这就是我们感觉到的波在传播。
问题1：请同学仔细观察，在波的传播过程中，各质点的运动有什么特点？
学生回答：各质点不随波迁移
后面的点总是在重复前面的点的运动过程，前面的点的现在就是后面的点的将来
后面的点的运动过程总是落后前面的点
它们起始振动的方向都一样
。。。。。。。
（2）学生依据自己观察到的波动特点，动笔画出波的形成过程。
【实验步骤2】
第二遍演示：教师演示前T/4周期波的形成过程：
t=0时刻，各质点都在自己的平衡位置上之后，质点1在外力作用下开始竖直向上运动，1质点带动2质点，2质点又带动3质点，3质点又带动4质点，后一个质点都在跟随前一个质点的步伐，都向上运动。但总是比前面的质点落后一点。如果我们假设波源从平衡位置出发，这样完成一次全振动再回到平衡位置的周期是T，那么波源从平衡位置到它到达最大位移处，就经过了T/4个周期，形成了一个这样的波形。这个时候，4质点刚要开始运动，波向前传播到了4质点处。
学生活动：猜测并画出接下来T/2、3T/4、T、5T/4这些特殊时刻的波形图。
第三遍演示：教师演示上述特殊时刻形成的波形，让同学们进一步观察并验证猜想
（3）进一步演示波在一个周期内波形图特点，为后续引入波长等概念铺垫
第四遍演示：连续演示几个周期内波形，引导学生观察波形特点
问题1：现在我们连续起来看，大家注意观察，振源振动一个周期时，波形是怎样的？
学生回答：一个周期，是一个完整的凹凸相间的波形。
问题2：振源振动两个周期时，波形又是怎样的？
学生回答：下一个周期，质点又开始重复前一个周期的运动，形成了相同的波形。
结合这个波的传播图像，我们发现波的传播其实是一个相互带动的过程，波源开始振
动后，由近及远的依次带动相邻质点振动，表现出来的就是波在传播。
结合机械波的形成过程图景，总结机械波的特点。
现在通过画图，学生对机械波的形成又有了进一步的认识。因此可引导学生分组讨论与思考下述问题总结出机械波的传播特点。
【思考问题：】 【学生答案：】
各质点是否随波移动？ 各质点不随波迁移
各质点的起振方向与波源的起振方向有什么关系？ 各质点与波源起振方向相同
各质点振动的周期与波源的振动周期有什么关系？ 各质点周期与波源周期相同
波源和各质点振动的先后顺序？ 波源振动，依次带动后点振动
问题1：各质点并没有随波迁移，但各质点的起振方向、周期又和波源相同。那么我们常常感觉到的波在传播，它传播的到底是什么？
学生回答：振动形式
问题2：绳上本来静止的质点，在波源的带动下依次振动起来，这表示它获得了能量。这个能量是怎么来的？
学生回答：波源传递的能量
教师总结：这说明波在传播振动形式的过程中，也将波源的能量传递了出去呢。除此之外，波还可以传递信息，我们用语言进行交流，就是利用声波传递信息。
做一做：学生根据自己体会的机械波的传播特点，模拟“人浪表演”。学生若能表演成功说明对机械波的形成与传播特点以完全掌握。
机械波的分类
演示实验：将一根长弹簧连续左右抖动，这些振动都会由近及远带动弹簧左右振动，我们看到了和刚才绳波一样凹凸相间的波形在弹簧中向前传播。这是一种机械波。
问题1：若前后推拉弹簧的一端，看到了什么现象？
学生回答：密集的弹簧圈产生和传播
问题2：弹簧圈有没有传到另一端？为什么会有这样密集的弹簧圈形成？
学生回答：弹簧一端振动起来，压缩弹簧，
教师总结：弹簧这一端的振动形式在弹簧中传播，也形成了机械波。
问题3：这种机械波与我们刚才观察到的绳波一样吗？哪里不同？为何不同？
学生：质点振动的方向和波的传播方向不一样。
教师总结：横波与纵波的特点并举例介绍。
机械波特点的应用：动画视频展示地震预警原理