第七节驻波

作者：未知来源：中央电教馆时间：2006/4/5 10:03:01阅读：nyq

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关于驻波的教学设计方案

一、教学目标

　　1．知道驻波现象．知道波腹和波节．

　　2．知道驻波是怎样产生的．

　　3．知道驻波是一种特殊的干涉现象．

二、重点难点

　　重点：驻波的概念及产生．

　　难点：驻波的形成过程．

三、教与学

　　教学过程：

　　一列波在向前传播的途中遇到障碍物或两种介质的分界面时，会发生反射，反射回来的波和原来向前传播的波相互叠加，将产生一种特殊的干涉现象．

　　（一）驻波

　　【演示】弦线上的驻波，按课本提供的演示实验进行

　　1．波节和波腹

　　（1）波节：像这种在弦线上始终是静止不动的点叫做波节

　　（2）波腹：在波节和波节之间，振幅最大的那些点叫做波腹．

　　【注意】在波节和波节之间，各质点以相同的频率，相同的步调振动，但振幅不同，只有振幅最大的点才叫做波腹．

　　2．在相邻的两波节和波节之间，质点振动方向是相反的．相邻的两个波节（或波腹）之间的距离等于半个波长．即／2

　　3．驻波：两列沿相反方向传播的振幅相同，频率相同的波叠加时形成的波叫做驻波．

　　【注意】驻波跟前面讲过的波形向前传播的那种波是显然不同的．相对于驻波来说波形向前传播的那种波叫做行波．

　　4．驻波的形成是两列波沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加的结果．

　　（二）驻波是一种特殊的干涉现象

　　1．波源特殊：驻波是由频率相同、振幅相同而传播方向相反的两列波叠加而成．

　　2．波形特殊：波形虽然随时间而改变，但不向任何方向移动．

　　（三）空气柱内的驻波

　　【演示】在盛有水的容器中插入一根粗玻璃管，管口上方放一个正在发声的音叉，慢慢向上提起玻璃管，当管内空气柱达到一定长度时，可以听到空气柱发出较强的声音．

　　1．空气柱内产生驻波的条件：空气柱的长度l跟声波波长间满足时，在空气柱内产生驻波．（n＝0.1、2、3……）

　　2．利用空气柱内产生的驻波能测出声波的速度

　　如果测出产生驻波时空气柱的最短长度，已知音叉的振动频率f，则可得声速．

　　［例1］下列说法中正确的是（）

　　A．弦线上的驻波其总长为半个波长的自然数倍

　　B．用驻波的规律可测波形的波长

　　C．驻波上处于波节的点位移始终为零，处于波腹的点位移始终处于最大

　　D．弦乐器的发声是弦上形成驻波

　　【解析】驻波上波腹上各质点振动振幅最大，但也在作简谐振动，也有到达平衡位置的时刻，不但弦乐器利用驻波的原理，管乐器也利用了空气柱形成驻波的原理．

　　正确选项为ABD．

　　【例2】一玻璃管竖直插入一水槽中，在玻璃管上端有一发声音叉，频率为200Hz，上下移动玻璃管，测到相邻两次共鸣时管中空气柱的长度差为34cm，试求声速．

　　【解析】由于玻璃管中的空气要产生共鸣，空气柱长L等于又的奇数倍，因此相邻两次共鸣的空气柱长度差： cm，所以 m/s。

　　【小结】驻波是两列沿相反方向传播的频率相同、振幅相同的波叠加而形成的．它是一种特殊的干涉现象．

　　［作业］课本P21练习五 1、2

　　四、课堂跟踪反馈

　　1．关于驻波的说法正确的是（）

　　A．两列向相反方向传播的波叠加就一定会产生驻波

　　B．在驻波中有些质点始终静止不动，相邻的两个这样的质点的距离相距半个波长

　　C．驻波中各质点都有相同的振幅

　　D．驻波中两波节间各质点的振动频率相同

　　2．下列说法正确的是（）

　　A．波节处质点始终静止

　　B．波腹处质点的振幅最大

　　C．波腹处质点的位移有时可能为零

　　D．相邻的两个波节之间的距离为一个波长

　　3．在盛有水的容器中插入一根粗玻璃管，管口上方放一个正在发音的音叉，慢慢向上提起玻璃管，当管内空气柱达到一定长度时，可以听到空气柱发出较强的声音．这时在空气柱内产生了_________，玻璃管开口处为_____________，水面处为__________．

参考答案

　　1．BD 　　2．ABC 　　3．驻波波腹波节　

关于驻波的教学设计方案

教学目标

一、知识目标

　　1．知道驻波现象，知道波腹和波节．

　　2．知道驻波是怎样产生的．

　　3．知道驻波是一种特殊的干涉现象．

二、能力目标

　　通过空气柱内驻波的教学，使学生学会测声波波长和波速的方法．

三、德育目标

　　驻波是一种特殊的干涉现象，通过教学，使学生认识普遍性和特殊性的关系．

教学重点

　　驻波现象、波腹和波节的教学．

教学难点

　　对驻波是怎样产生的教学．

教学方法

　　讲练法、实验法、电教法．

教学用具

　　实物投影仪、打点计时器、带有定滑轮的木板、砝码、弦线、音叉、玻璃管、水

课时安排

　　1课时

教学过程

　　〔投影〕本节课的学习目标

　　1．知道什么是驻波．

　　2．知道驻波产生的条件．

　　3．知道驻波是弦乐和管乐发声的原理．

学习目标完成过程

　　一、引入

　　〔放录像〕

　　一乐队正在演奏的场面．

　　〔教师〕

　　乐队中有弦乐器和管乐器，它们为什么会发声呢？学了本节课的知识你就明白了．

　　板书：驻波

　　二、新课教学

　　（一）驻波

　　〔实物投影演示〕

　　如图所示

　　把弦线的一端A固定在电磁打点计时器的振针上，另一端跨过定滑轮挂一个砝码盘，盘上放砝码，将弦线拉平．

　　在靠近定滑轮的B处，用一个尖劈把弦线支起来．

　　接通打点计时器的电源，振针振动时，有一列波向定滑轮的一侧传播，并在B处发生反射。

　　改变尖劈的位置，来调节AB的长度，把尖劈调到某适当位置时，可以看到：弦线会分段振动起来．

　　用多媒体模拟上述实验过程

　　结合实验现象和模拟图教师总结：

　　在弦线上形成的波：

　　1．有一些点始终静止不动，这些点称为波节．

　　2．在波节和波节之间，各质点以相同的频率、相同的步调振动，但振幅不同，两波节之间的中点振幅最大，称为波腹．

　　（二）驻波的产生过程

　　1．分析弦上驻波的产生过程

　　在弦上A处激发的波沿弦线传到B上被反射，反射回来的波与入射波叠加产生了驻波．

　　2．总结驻波的产生条件

　　入射波和反射波——频率相同

　　入射波和反射波——方向相反

　　入射波和反射波——振幅相同

　　所以产生驻波的条件是：两列波沿相反方向传播的振幅相同，频率相同的波叠加时，形成驻波．

　　3．多媒体模拟驻波的产生过程

　　①用两种不同颜色的线表示两列沿相反方向传播的振幅相同，频率相同的点．

　　②用黑实线表示这两列波叠加后形成的合成波．

　　③模拟每隔周期，波形的变化情况．

　　4．师生共同总结

　　①在相邻的两段弦线上，质点的振动方向相反．

　　②反射点是固定不动的，此处成为驻波的波节．

　　③相邻的两个波节（或波腹）之间的距离等于半个波长，即等于。

　　④波腹处于距离反射点B点为的奇数倍的位置上．

　　板书：

　　当两列振幅相同的相干波，沿相反方向在同一直线上传播时，合成的波是一种波形不随时间而变化的波，称为驻波．

　　（三）管乐器和弦乐器的发声原理

　　1．弦乐器的发声原理

　　①多媒体模拟弦乐器发声时的情形：

　　a．通过弹、拉、打击等，激起弦线的振动．

　　b．在弦线上产生驻波，并在空气中发出声波．

　　②学生阅读课文有关内容

　　2．管乐器的发声原理

　　〔演示〕

　　如图；在盛有水的容器中插入一根粗玻璃管，管口上方放一个正在发声的音叉，慢慢向上提起玻璃管，观察发生的现象．

　　〔现象〕

　　当慢慢向上提起玻璃管的过程中，当管内空气柱达到一定长度时，可以听到空气柱发出较强的声音．

　　〔对现象的解释〕

　　之所以听到空气柱发出较强的声音，是因为从音叉发出并进入玻璃管的声波和经水面反射回来的反射波相互叠加，在空气柱内产生驻波，且玻璃管开口处为波腹，水面处为波节，所以在管口处发出较强的声音．

　　〔学生讨论〕

　　当空气柱的长度满足什么条件时，分别发出第一声、第二声、……较强的声音？

　　〔叙述讨论结果〕

　　当空气柱长度为 ……时，分别发出第一声、第二声、第三声较强的声音．

　　〔教师总结〕

　　实际上，空气柱内的驻波可看作空气柱的一种振动模式，即音叉和空气柱发生了共鸣，所以，只要设法激起空气柱的振动（如吹奏），就能使空气柱产生驻波，并在周围空气中发出声波，这就是管乐器发声的原理．

　　〔学生阅读课文有关内容〕

　　〔强化训练〕

　　1．叙述行波与驻波的区别．

　　2．为什么说驻波是一种特殊的干涉现象？

　　3．设计一个测定声波波长的实验．

　　〔参考答案〕

　　 1．驻波和行波的区别：

　　①物理意义不同

　　驻波是两列波的特殊干涉现象．

　　行波是一列波在介质中的传播．

　　②质点的振动情况不同

　　在行波中各个质点做振幅相同的简谐振动．

　　在驻波中各个质点做振幅不同的简谐振动处于波腹位置的质点振幅最大，处于波节位置的质点振幅等于零，其他一些质点的振幅也不相同．

　　③波形不同：

　　行波波形经过一段时间，波形向前平移．

　　驻波的波形并不随时间发生平移，只是各自的振动位移发生变化而已．

　　2．驻波是一种特殊的干涉现象

　　①波源特殊：

　　驻波是由频率相同，振幅相同，而传播方向相反的两列波叠加而成的．

　　②波形特殊：

　驻波的波形并不随时间发生平移，只是各自的振动位移发生变化而已．即是一个停驻不前的波．

　　3．实验装置如图所示：把正在振动的音叉放在玻璃管口的上方，同时使左面的储水容器慢慢下降，待玻璃管中的水面降到A处，如果能听到很响的共鸣声音，说明这时管内空气柱的固有频率和音叉的频率相同，使空气柱产生共振现象，这是第一次共鸣，此时从音叉发出并进入玻璃管中的声波和经水面反射回来的反射波相互叠加，在空气柱内产生驻波，水面处是波节，玻璃管开口处为波腹，管内空气柱的长度。