高中物理人教版 选修3-4 机械振动和第 机械波 教材分析
高中物理选修3-4机械振动 机械波教材分析
本章的物理思想方法
1、理想模型的方法 2、应用图象探索和表述物理规律。 3、应用数学方法研究物理规律 4、实验探究方法 5、累积法
两章整体教学建议
• 做好实验，通过观察实践增加感性知识，为 深入理解打下良好的基础。 • 利用好视频、课件等多种资源，激发学生兴 趣，促进学生对相关知识的理解 • 加强过程分析，帮助学生清楚理解相关过程 • 抓好典型问题，落好基础知识、基本技能和 基本方法, • 循序渐进着力思维方法的培养，提升学生分 析、判断、综合能力
简 5.简谐运动的定义 谐 运 如果质点所受的力与它 动 偏离平衡位置位移的大 小成正比，并且总是指 向平衡位置，质点的运 动就是简谐运动。
做一做
第 一 节 简 谐 运 动
请你
证明！
做一做
如图所示，一个质量为m的小球在光滑的折面AOB 上做往复运动（小球在O点无能损失）。试判断小球 第 的运动是否为简谐运动。
【问题讨论】 单摆振动中的“小角度摆动的要求” – 摆角越小，单摆的运动越接近简谐运动” – 教材P8发展空间：最大摆角为20°时误差 0.77%；最大摆角为15°时误差0.43%；最大摆 角为10°时误差0.19%；最大摆角为5°时误差 0.05%，因此“单摆振动中摆角小于5°要求在 高中阶段是没有必要的。 – 实验的准确和规范很重要，而对实验的理解和 创新更为重要。
一 节 简 谐 运 动
6. 振幅、周期和频率 —理解全振动的概念 第 一 节
如图所示弹簧振子以O为平衡位置在B、C间做振动，则 ( C ) A．从B →O →C为一次全振动 B．从O →B →O →C为一次全振动 C．从C →O →B →O →C为一次全振动 D．从D →C →D →O→ B为一次全振动
第 一 节 简 谐 运 动 教 学 建 议
人教版(新课标)高中物理选修3-4——机械波
例4 一列横波在x轴上传播，t1＝0和t2＝0.005s时刻 的波形分别如图中实线和虚线所示。
（1）求这列波的波速； （2）若波速为6000m／s，求波的传播方向。
1.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 。
3、机械波的传播特征：
（1）机械波传播的是振动的形式和能量。 质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。
（2）机械波在传播过程中，介质中各质点的振动周期和频 率都与波源的振动周期和频率相同 （3）由波源向远处的各质点都依次重复波源的振动
前带后，后跟前，振动形式向后传波由一种介质进入另一种介质 频率不变，波长和波速均改变
4波长、波速和频率的关系
1)、波长λ 由波速和频率共同决定 2)、波速v 波速只与介质有关 与频率无关
它是振动状态在介质中的传播速度;波在同种 均匀 介质中匀速传 3）、频率f 只与波源有关
三者之间的关系：v=λf=λ/T=ΔX/Δt
二、波动图象
1、物理意义：表示了一列波在某一时刻沿着波的传播方 向上介质中各质点离开平衡位置的位移情况，是某一时刻 在波的传播方向各质点运动情况的“定格”。
表示一个波长
6、机械波的干涉和衍射 1）干涉 产生条件：频率相同的相干波源
振动加强点始终加强 2）衍射 产生明显衍射的条件：障碍物（或孔缝）的 尺寸跟波长相 差不多或比波长更小
7、声波 声波是纵波；频率小于20HZ为次声波；频率大
于20000HZ的超声波；多普勒效应观察者与波源 靠近时接受频率变大
0《机械波》教材分析
• 教学时注意 • 1、讲清楚波动图像的得来和物理意义、用途，
并学会画出图像。 • 2、可以列表对比波动图像和振动图像区别 包括对象（整体与个体）、坐标、意义 （时刻与一段时间）、用途 • 3、让学生学会画出下一时刻波形图（课后练 习）。
3. 波长、频率和波速
• 教学重点、难点
1.理解波长、频率和波速的物理意义。 2.理解波长、频率和波速之间的关系，并会应用 这一关系式进行计算和分析问题
教材分析和教学建议
1. 第一单元：第一节、第二节和第三节。讲波 的形成、传播、图象和描述。 2. 第二单元：第四节和第五节。讲波的反射和 折射；以及波的特有现象：衍射和干涉。 3. 第三单元：第六节。介绍多普勒效应播(1课时） 2.波的图像（1课时） 3.波长、频率和波速（2课时） 4.惠更斯原理 波的反射和折射（1课时） 5.波的干涉、衍射（1课时） 6.多普勒效应（1课时） 7.检测练习（1课时）
3、对于干涉现象的理解，需要一定的空间想象力， 有的学生一下子不容易理解，应适当给予指点．可 借助多种教学手段（如多张图片，计算机模拟等）， 尽可能形象、直观地帮助学生理解和想象． 4、与对衍射现象的要求相同，高中阶段对干涉现 象也不从理论上进行讨论．教学中要注意掌握教学 要求，避免增加难度．如课本中只是就产生干涉的 特殊情况，即振源的振动步调相同（同相位）的情 况叙述了波的干涉．
高中物理选修3-4知识点机械振动与机械波解析复习过程
机械振动与机械波简谐振动一、学习目标1.了解什么是机械振动、简谐运动2.正确理解简谐运动图象的物理含义，知道简谐运动的图象是一条正弦或余弦曲线。
二、知识点说明1.弹簧振子(简谐振子)：(1)平衡位置：小球偏离原来静止的位置；(2)弹簧振子：小球在平衡位置附近的往复运动，是一种机械运动，这样的系统叫做弹簧振子。
(3)特点：一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型。
2.弹簧振子的位移—时间图像弹簧振子的s—t图像是一条正弦曲线，如图所示。
3.简谐运动及其图像。
(1)简谐运动：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。
(2)应用：心电图仪、地震仪中绘制地震曲线装置等。
三、典型例题例1：简谐运动属于下列哪种运动()A．匀速运动 B．匀变速运动C．非匀变速运动 D．机械振动解析：以弹簧振子为例，振子是在平衡位置附近做往复运动，并且平衡位置处合力为零，加速度为零，速度最大．从平衡位置向最大位移处运动的过程中，由F＝－kx可知，振子的受力是变化的，因此加速度也是变化的。
故A、B错，C正确。
简谐运动是最简单的、最基本的机械振动，D正确。
答案：CD简谐运动的描述一、学习目标1．知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。
2．知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。
二、知识点说明1.描述简谐振动的物理量，如图所示：(1)振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，。
(2)全振动：振子向右通过O点时开始计时，运动到A，然后向左回到O，又继续向左达到，之后又回到O，这样一个完整的振动过程称为一次全振动。
(3)周期：做简谐运动的物体完成一次全振动所需要的时间，符号T表示，单位是秒(s)。
(4)频率：单位时间内完成全振动的次数，符号用f表示，且有，单位是赫兹(Hz)，。
(5)周期和频率都是表示物体振动快慢的物理量，周期越小，频率越大，振动越快。
高中物理-机械振动教材分析和教学建议
11.4单摆
教学建议
1.单摆
（1）让学生理解单摆是理想模型。
（2）单摆作简谐运动，需要一定的近似条件（小角度 下的摆动）让学生了解单摆做简谐运动的条件，并体
会物理学中常用的近似的方法．
11.4单摆
2.单摆的周期
（1）可以提出问题：决定单摆振动的周期 的因素有哪些?让学生进行猜想 。然后通过 对比实验得出结论。
可以让学生证明一两个简谐运动。
2.简谐运动的能量 以水平弹簧振子理想模型为例，结合实物
图，图表分析，完全可以让学生自主完成，得 出一个周期内能量怎样转化，意识到机械能的 守恒。
11.4单摆
教学重点、难点
1.知道单摆及单摆做简谐运动的条件与特征。 2.通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系，
知道单摆的周期公式，并能用来进行有关的 计算。
共同点，点出机械振动的定义。 2、介绍弹簧振子概念，突出这是一种理想
模型和常用物理方法 3、通过实验分析弹簧振子的位移－时间图
象
用频闪照相（重叠照片）研究弹簧振子 位移随时间变化的规律
11.1 简谐运动
4.得出简谐运动的定义（运动学定义）：
质点的位移随时间按正弦规律变化的振动， 叫做简谐运动
复件 机械波教材分析.ppt
习题课（1－2课时） 四、单摆（内容1课时、实验1课时） 五、外力作用下的振动（1课时）
各章节教材分析和教学建议
11.1 简谐运动 教学重点、难点 理解简谐运动的位移－时间图
象 ，根据简谐运动的图象弄清各时 刻：介绍、生活中的一些振动的例子，找出
普通高中课程标准实验教科书 （ 人民教育出版社出版） 《物理 3-4（选修）》
第十一章 机械振动 教材分析和教学建议
人教版高中物理(选修3-4)-教材分析
第十一章《机械振动》教材分析第一节简谐运动【教学重点】掌握简谐运动特征及相关物理量的变化规律.【教学难点】理解简谐运动的运动学特征。
【易错点】学生易将振动图象中一质点的振动情况和下一章将要学习的波动图象中不同质点的振动情况相混淆【解决方法】运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——弹簧振子，研究弹簧振子在理想条件下的振动。
第二节简谐运动的描述【教学重点】振幅、周期和频率的物理意义；【教学难点】理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关。
【易错点】偏离平衡位置的位移与运动学中的位移概念容易混淆。
【解决方法】提高学生观察、分析、实验能力和动手能力，让学生知道实验是研究物理科学的重要基础。
第三节简谐运动的回复力和能量【教学重点】简谐运动的回复力；【教学难点】简谐运动的动力学分析和能量分析。
【易错点】回复力是效果力，与合力不同。
如振动物体经过平衡位置时回复力是零，合力不一定是零【解决方法】简谐运动过程中能量的相互转化情况，对学生进行物质世界遵循对立统一规律观点的渗透；振动有多种不同类型说明各种运动形式都是普遍性下的特殊性的具体体现.第四节单摆【教学重点】掌握好单摆的周期公式及其成立条件。
【教学难点】单摆回复力的分析。
【易错点】单摆的周期与摆球的质量和振幅无关，只与摆长和重力加速度有关。
【解决方法】概括出影响周期的因素，培养由实验现象得出物理结论的能力。
第五节外力作用下的振动【教学重点】受迫振动，共振。
【教学难点】受迫振动的频率等于驱动力的频率，而跟振动物体的固有频率无关。
【易错点】1．物体发生共振决定于驱动力的频率与物体固有频率的关系，与驱动力大小无关.2．当f驱＝ｆ固时，物体做受迫振动的振幅最大.【解决方法】通过分析实际例子，得到什么是受迫振动和共振现象，培养学生联系实际，提高观察和分析能力；通过共振的应用和防止的教学，渗透一分为二的观点.第十二章《机械波》第一节波的形成和传播【重点和难点】1、对机械波的形成、横波、纵波反映了质点振动方向与波传播方向之间的关系；2、机械波是从单一质点的振动到多个质点同时又不同步的振动，这对学生的理解力和空间想象力有较高的要求。
高二物理选修3-4 机械振动 教案01
高二物理选修3-4 机械振动教案01一、教学目标1．在物理知识方面的要求：(1)知道什么是机械振动；(2)知道怎样描述机械振动。
2．通过观察演示实验，让学生明确机械振动的共同特点，从而总结出机械振动的定义，进而引出表示机械振动的物理量。
3．在物理方法的教学中，由于这部分内容在教材中只介绍一个轮廓，把定量的讨论放低，只做定性的研究，要用定性的语言来表达和分析比较复杂的物理现象，因此在教学过程中要注重学生用语言来表达和分析比较复杂物理过程的培养。
二、重点、难点分析1．重点(1)明确产生机械振动的条件。
(2)对表示机械振动的位移、速度、加速度等物理量特点的理解。
(3)对回复力概念的理解和判断。
(4)对表示机械振动的物理量(振幅、周期、频率)的掌握。
2．难点是机械振动这种复杂运动形式的理解和描述。
三、教具演示机械振动的弹簧振子、单摆、大口瓶与鱼漂等。
四、主要教学过程(一)引入新课演示几种振动：弹簧振子，单摆，在大口水瓶中上下振动的鱼漂。
让学生观察上述运动的共同特点——往复性。
(二)教学过程设计1．机械振动(1)机械振动的定义：物体或物体的一部分在平衡位置附近来回做往复运动叫做机械振动，常常简称振动。
(2)产生机械振动的条件平衡位置：振动停止时物体所在的位置。
回复力：使振动物体回到平衡位置的力。
分析水平的弹簧振子的振动过程，可以请学生说：当振子离开平衡位置时，能够使振子回到平衡位置的力是哪个力？这个力的特点是怎样的？再分析图1弹簧下端的物体的振动。
将物体由平衡位置向下拉下一小段距离后释放，当物体在平衡位置下方时，重物所受合外力向上指向平衡位置；当重物在平衡位置上方时，重物所受合外力向下指向平衡位置。
就是说，重物偏离平衡位置后，总受到一个指向平衡位置的力的作用，在这个力的作用下，重物将回到平衡位置，这个合力就是回复力，在这个实验中回复力是由重力和弹簧的合力来充当的。
回复力是根据力的效果来命名的。
产生机械振动的条件：(1)物体离开平衡位置后，受到回复力的作用；(2)运动中物体所受到的阻力足够小。
最新人教版选修3-4高中物理12.7《机械波》整合与评价教学设计
课时127 《机械波》整合与评价1通过观察,认识波是振动传播的形式和能量传播的形式。
能区别横波和纵波。
能用图象描述横波。
理解波速、波长和频率(周期)的关系。
2通过实验,认识波的干涉现象、衍射现象。
3通过实验感受多普勒效应,解释多普勒效应产生的原因,列举多普勒效应的应用实例。
4了解惠更斯原理,能用其分析波的反射和折射。
重点难点波的图象,波长、波速和频率(周期)的关系。
教建议本章是第十一章“机械振动”教内容的延伸和扩展。
机械振动只讨论物体的运动状态随时间的变化,而波动讨论的是振动在空间介质中的传播。
本章着重介绍有关波的共性的知识,如波的形成和传播、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、多普勒效应等。
本章的习内容是以后习光波和电磁波的重要基础。
在本章的教中要联系生生活、现代社会及技发展,同时注意加强演示实验、模拟实验的作用。
问题观察如图所示的绳波的形成过程示意图,回答下列问题。
(1)质点1的起振方向如何?(2)当质点1振动T、、T、T时,质点1的振动形式传到了哪些质点上?(3)振动传到质点13时,质点1振动的路程和位移各是多少?此后质点1和质点13的振动规律有什么关系?解答(1)质点1的起振方向向上。
(2)经过T,质点1的振动形式传到了质点4,经传到了质点7,经T传到了质点10,经T传到了质点13。
(3)由图可以看出,由质点1发出的振动传到质点13时,质点1完成一次全振动,故路程为4倍振幅,位移为零。
此后这两个质点的振动步调完全一致,也就是说,两个质点在振动中的任何时刻,相对平衡位置的速度、位移(包括大小和方向)总是相等的。
知识链接介质中先振动的质点带动相邻质点的振动是形成波的根本原因,而质点之间的相互作用是能够“带动”的前提条件。
主题2波的传播方向和质点振动方向的互判问题由波的传播方向和波形图判断质点(以质点P为例)振动方向的常用方法有哪些?由这些方法可以判断波的传播方向吗?解答①带动法在质点P靠近波一侧的图象上找一相邻质点,若在下方,则质点P向下运动;若在上方,则质点P向上运动。
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§1波的形成和传播 §2波的图象 §3波长频率和波速
• 1、教学内容安排上，可以§1 §3先讲，后 讲§2； • 2、注意波动图象和振动图象的比较
§4波的反射和折射 §5波的衍射 §6波的干涉§7多普勒效应 • §4波的反射和折射 课程标准要求“了解惠更斯原理，能用其分析反射和折 射”。（球面波和平面波） • §5波的衍射 明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸与波长差不多，或小于 波长； 做好衍射的实验 • §6波的干涉 做好干涉的实验 会分析书上水波干涉的图样中：峰峰相遇、谷谷相遇 经过半个周期，原来峰峰相遇的地方，成为谷谷相遇的地 方 • §7多普勒效应 波源和观察者之间的距离的变化导致，观察者接收到的波 的频率的变化。
• θ-sin θ的近似的合理性
§4单摆
• 3、实验 建议不论是“探究单摆周期公式”， 还是“用单摆求重力加速度”， 该实验还是要当成重点学生实验去完成。
§5外力作用下的振动
• 关于自由振动、受迫振动；阻尼振动；等 幅振动、减幅振动等等的划分，可以参考 《选修3-4教师用书》 • 做好受迫振动的演示实验
教学内容分析和建议
• 第一部分 机械振动 • 为什么研究简谐振动？ • 怎 么研究简谐振动？
从运动学 从动力学 从能 量
分析
§2 简谐运动的描述
• 周期的研究 带着学生共同测量周期，探究弹簧振子 周期相关因素。 • 位相的概念 在《新课程标准》中： 要求：能用公式和图象描述简谐运动的 特征 举例：用两个摆长相同的单摆演示简谐 运动的相位差
谢谢！！！
《机械振动和机械波》教材分析
第十一章课时安排
• 机械振动 §1简谐运动 §2简谐运动的描述 §3简谐运动的回复 §4单摆 §5外力作用下的振动 习题处理
1节课 1节课 1节课 2节课 1节课 1节课
第十二章单元划分和课时安排
• 机械波 §1波的形成和传播 1节课 §2波的图象 1节课 §3波长、频率和波速（含习题） 1节课 习题处理 1节课 §4波的反射和折射 （建议普通校舍去） §5波的衍射 §6波的干涉 2节课 §7多普勒效应
教学内容和建议
• 第二部分 机械波 • 为什么研究机械波 • 怎 么研究机械波
从宏观 从微观
分析
• 宏观：波形的匀速平移。速度由介质决定 • 微观：后面的质点重复前面质点的运动 • 宏观的运动和微观的运动的联系点之一： ——周期相同
利用上述思想对机械波（横波）的研究
1、波长 宏：相邻波峰波谷之间距离。 微：相邻振动总相同的质点间距离。（相位） 二者结合：质点完成一次全振动，波传播的距离
§1简谐运动
• 简谐运动的定义与过去不同： 过去：是从动力学角度去定义 现在：是从运动学角度去定义 如何从照片得到简谐振动的“位移-时间” 关系？ 方法一、从照片上取坐标EXCEL拟合 方法二、用正弦函数图象通过变换振幅、 周期，让它与频闪照片“吻合”
•
§2 简谐运动的描述
• 要求程度： （1）相位、初相的物理意义是什么？ （2）给一个振动图象，能根据数学知 识，写出其方程，并知道初相是多少。 （3）类似于两个单摆的摆动，知道两 个振动的相位差大小。
两种波的问题的研究
1、空间周期性的考察： 例：在波的传播方向上，有相距1.05m的两质点a、b，当a到达 正最大位移时，b恰好在平衡位置。 （1）求这列波的波长可能是多少？ （2）若此时b具有正向速度，则波的波长可能是多少？ （3）若已知a、b间的距离小于2个波长，波的频率为200Hz，求波 传播的可能速度。 2、时间周期性的考察： 例：图中的实线是一列简谐波在t1时刻的 M 波形图线，虚线是t2=t1+0.2s后它的波形图线。 • （1）这列波传播的速度可能是多少？ • （2）给定3T<(t2-t1)<4T，若图中M在t1时刻速度沿y轴正方向， 则波速多大？ • （3）若波速为v=74m/s，则这列波向哪个方向与质点振动方向的关系
宏：波形向右移动，所以下一刻，该质点在现在位置的上方出现； 微：因为该质点前面的质点在它的上方，所以它要重复它们的运动， 也得往上振动
利用上述思想对机械波（横波）的研究
• 3、波形变化
利用上述思想对机械波（横波）的研究
• 4、某质点在Δ t后的振动状态，可以往前 t Δ x= T ；反之亦然。
§3简谐运动的回复
• 建议可以将能量问题讨论置于§4后§5前 • 课后习题中：
• 建议带着同学证明竖直放置的弹簧振子的 振动是简谐振动
§4单摆
• 1、研究思路 运动学——动力学 动力学——运动学 • 2、当摆角很小时，单摆回复力才可以写成 F＝-kx的形式。 θ-sin θ的近似的合理性
§4单摆