习题优秀获奖教案

机械振动和机械波图像

四川省汶川中学物理组 朱天碧

高考分析

机械振动和机械波是高考十分重要的考点，在历年的选考3-4部分都会有所涉及，考试偏重于考察机械振动和机械波的理解。在考题类型上两种图像问题综合考察

高考对于对于综合能力的要求较高。

学情分析

学生刚刚进入到选修3-4复习，虽然在以往理综考试中对于机械波和机械振动的知识都有所涉及，因此学生对于机械波和机械振动有一定的印象，但是对于该知识复习的不是很系统，因此对于机械振动和机械波还没有较为明确的解题方法，因此在教学中应该注重学生知识体系的系统化，以及解题的规范化。

三维目标

一、

知识目标

1．理解简谐振动图像的物理意义，同时学会简谐振动图像解题的步骤和方法。

2.理解机械波图像的物理意义，同时学会机械波图像解题的步骤和方法。

3.理解机械波和机械振动图像的区别和联系，同时可以在机械波综合问题能够利用图像解决物理问题。

二、

能力目标

1.通过机械振动和机械波图像问题的讲解，培养学生利用图像获取物理信息的能力和方法。

2.通过机械振动和机械波图像综合对比讲解，培养学生举一反三的的能力。

3. 通过机械振动和机械波图像题目的讲解，培养学生利用物理知识解决实际问题的能力和方法。

三、

情感目标

1.

通过机械振动和机械波图像问题的讲解，培养学生严密的科学思维态度。

2.

通过机械振动和机械波图像问题的讲解，培养学生热爱科学的思想感情。

教学重点

1．机械振动图像的物理信息，机械振动图像解题的步骤和方法。

2．机械波图像的物理信息，机械波图像解题的步骤和方法。

3.机械振动和机械波图像的比较和联系，机械振动和机械波图像综合问题求解的步骤和方法。

教学难点

1．机械振动图像解题的步骤和方法。

2．机械波图像解题的步骤和方法。

3.机械振动和机械波图像综合问题求解的步骤和方法。

教学重难点突破

在教学过程中利用机械振动和机械波演示让学生形象看到两种图像的形成原理，从而把抽象的知识点变成形象的物理展示，从而使学生较为深刻构建物理知识体系。此外在教学中通过典型题目的讲解，让学生感受机械振动和机械波解题的步骤和方法，在利用课堂练习，从而让学生在讲练过程中突破知识难点。

教学用具

单摆，机械波演示仪，绳子，PPT

教学过程

一、

新课引入

机械振动和机械波是高考十分重要的考点，在历年的选考3-4部分都会有所涉及，那么如何解决机械波的图像的综合问题，在本节课我们将会一起来学习机械振动和机械波图像综合问题的解题步骤和方法。

二、简谐振动图像

1.简谐振动演示

视频演示：单摆图像的绘制过程

要求学生对比单摆的摆动过程总结在振动图像中各种物理信息。

2.简谐振动图像演示以及物理规律

图像类型

研究对象

某一振动质点

振动图像

波的图像

沿波传播方向

上的所有质点

某时刻所有质点的空间分布规律

研究内容

某一质点的位移随时间变化规律

图像

物理意义

表示某质点各个时刻的位移

(1)质点振动周期

图像信息

(2)质点振幅

(3)各时刻质点位移

(4)各时刻速度、加速度方向

表示某时刻各质点的位移

(1)波长、振幅

(2)任意一质点在该时刻的位移

(3)任意一质点在该时刻加速

度方向

(4)传播方向、振动方向的互判

形象比喻

记录着一个人一段时间内活动的录像带

随时间推移，图像延续，但已有形状不变

记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片

随时间推移，图像沿传播方向平移

图像变化

一完整曲

线占横坐

标距离

表示一个周期

表示一个波长

3.简谐振动图像例题

例：某弹簧振子沿x轴的简谐振动图象如图所示,下列描述正确的是( ) A. t=1s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值

B. t=2s时，振子的速度为负，加速度为正的最大值

C. t=3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零

D. t=4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值

解析：A. t=1s时，振子位于正向最大位移处，振子的速度为零，加速度的方向指向平衡位置，所以加速度为负的最大值，故A正确；

B. t=2s时，振子位于平衡位置正在向下运动，振子的速度最大，方向向下，加速度为0，故B错误；

C. t=3s时，振子位于负向最大位移处，振子的速度为零，加速度最大，故C错误；

D. t=4s时，振子位于平衡位置正在向上运动，振子的速度为正，加速度为0，故D错误。故选：A.

三、

机械波图像

1.机械波演示

实验演示：绳波的形成

要求学生细致观察绳波形成的过程，同时通过该过程的分析理解波中质点的运动规律

视频演示：机械横波波图像形成动画

要求学生对比绳波形成过程总结在机械波图像的物理信息。

2机械波图像演示以及物理规律

图像类型

研究对象

某一振动质点

振动图像

波的图像

沿波传播方向

上的所有质点

某时刻所有质点的空间分布规律

研究内容

某一质点的位移随时间变化规律

图像

物理意义

表示某质点各个时刻的位移

表示某时刻各质点的位移

(1)波长、振幅

(1)质点振动周期

图像信息

(2)质点振幅

(3)各时刻质点位移

(4)各时刻速度、加速度方向

(2)任意一质点在该时刻的位移

(3)任意一质点在该时刻加速度方向

(4)传播方向、振动方向的互判

形象比喻

记录着一个人一段时间内活动的录像带

随时间推移，图像延续，但已有形状不变

记录着许多人某时刻动作、表情的集体照片

随时间推移，图像沿传播方向平移

图像变化

一完整曲

线占横坐

标距离

表示一个周期

表示一个波长

3、机械波图像例题

例题.图(a)为一列简谐横波在t=2s时的波形图,图(b)为媒质中平衡位置在x=1.5m处的质点的振动图象,P是平衡位置为x=2m的质点,下列说法正确的是( ) A. 波速为0.5m/s B. 波的传播方向向右

C. 0∼2s时间内，P运动的路程为8cm D. 0∼2s时间内，P向y轴正方向运动

E. 当t=7s时，P恰好回到平衡位置

解析：A. 由图(a)可知该简谐横波波长为2m,由图(b)知周期为4s,则波速为v=λT=24m/s=0.5m/s，故A正确；

B. 根据图(b)的振动图象可知，在x=1.5m处的质点在t=2s时振动方向向下，所以该波向左传播，故B错误；

C. 由于t=2s时，质点P在波谷，且2s=0.5T，所以质点P的路程为2A=8cm，故C正确；

D. 由于该波向左传播,由图(a)可知t=2s时，质点P已经在波谷，所以可知0∼2s时间内，P向y轴负方向运动，故D错误；

E. 当t=7s时,△t=5s=1T4，P恰好回平衡位置，故E正确。故选：ACE.

四、课堂练习

图(a)为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图,P是平衡位置在x=1.0m处的质点,Q是平衡位置在x=4.0m处的质点;图(b)为质点Q的振动图象,下列说法正确的是( ) A. 在t=0.10s时，质点Q向y轴正方向运动

B. 在t=0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同

C. 从t=0.10s到t=0.25s，该波沿x轴负方向传播了6m D. 从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30cm E. 质点Q简谐运动的表达式为y=0.10sin10πt(国际单位)

解析：A. 图(b)为质点Q的振动图象，则知在t=0.10s时，质点Q正从平衡位置向波谷运动，所以t=0.10s时，点Q向y轴负方向运动，故A错误；

B. 在t=0.10s时，质点Q沿x轴负方向运动，根据波形平稳法可知该波沿x轴

负方向传播，此时P点正向上运动。由图b读出周期T=0.2s,从t=0.10s到t=0.25s经过的时间为△t=0.15s=34T，则在t=0.25s时，质点P位于x轴下方，加速度方向与y轴正方向相同，故B正

C. 由甲图知波长λ=8m,则波速为：v=λT=80.2m/s=40m/s，从t=0.10s到=0.25s经过的时间为△t=0.15s，该波沿x轴负方向传播的距离为△x=v△t=40×0.15m=6m，故C正确；

D. 从t=0.10s到=0.25s经过的时间为34T，由于t=0.10s时刻质点P不在平衡位置或波峰、波谷处，所以质点P通过的路程不是3A=30cm，故D错误；

E. 质点Q简谐运动的表达式为y=Asin2πTt=0.1sin2π0.2tm=y=0.10sin10πt(m)故E正确。故选：BCE.

课后小结

1.

机械振动图像

2.

机械波图像

3.

机械振动和机械波图像综合问题求解

板书设计

1.机械振动图像

2.机械波图像

3.机械振动和机械波图像综合问题求解

课后作业

课堂练习

1.图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,a、b两质点的横坐标分别为xa=2m和xb=6m,图乙为质点b从该时刻开始计时的振动图象,下列说法正确的是( ) A. 该波沿+x方向传播，波速为1m/s B. 质点a经4s振动的路程为4m C. 此时刻质点a的速度沿+y方向

D. 质点a在t=2s时速度为零

解析：A. ab两点间的距离为x=xb−xa=6−2=4m,振动从a传播到b的时间为半个周期,为t=T2=4s,所以波速为：v=xt=44=1m/s，但是b点该时刻的振动方向是沿y轴正方向，由微平移法可知波向−x轴方向传播，选项A错误。

B. 质点a振动4s，是经过了半个周期，质点运动过的路程为振幅的2倍，即为

1m，选项B错误

C. 此时刻b的振动方向是向y轴正方向，ab间相隔半个波长，振动步调完全相反，所以此时刻质点a的速度沿−y方向，选项C错误。

D. 在t=2s时，质点b在正的最大位移处，ab两质点的振动步调完全相反，所以质点a在负的最大位移处，此时a的速度为零，选项D正确。故选：D 2.如图所示,甲为t=1s时某横波的波形图象,乙为该波传播方向上某一质点的振动图象,距该质点△x=0.5m处质点的振动图象可能是( )

A、B、

C、

D、

解析：从甲图可以得到波长为2m,乙图可以得到周期为2s,即波速为v=λ/T=2/2=1m/s；

由乙图象可以得到t=1s时,该质点位移为负,并且向下运动,该波是可能向左传播,也可能向右传播,而距该质点x=0.5m处质点,就是相差1/4λ1/4T，但有两种可能是提前或延后。

若是延后，在t=1s时再经过到达乙图的振动图象t=1s时的位移，所以A正确；

若是提前，在t=1s时要向返回到达乙图的振动图象t=1s时的位移，该质点在t=1s时，该质点位移为负，并且向上运动，所以BCD都错误。故A正确，BCD错误。故选：A

或时间相差