3.2 波的描述（课件PPT）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册高中同步学案（人教版）

该高中物理课件聚焦机械波的描述，涵盖波的图像画法及物理意义、波长频率波速关系、质点振动与波传播方向判断、振动与波的图像比较等核心知识点。通过课前预习自我诊断梳理基础，课堂探究用“集体照”比喻等具象化讲解，构建从概念理解到应用分析的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，采用“上下坡法”“微平移法”等方法培养科学推理能力，结合地震波等实例渗透社会责任，通过表格对比振动与波的图像强化模型建构。学生能提升分析问题能力，教师可借助系统资源提高教学效率。

第三章　机械波 3．2　波的描述 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 目录 contents Part 01 课前预习·梳理教材 Part 02 课堂探究·核心突破 Part 04 课时作业(十四) Part 03 课堂达标·素养提升 第三章 机械波 返回导航 1 课前预习·梳理教材 返回导航 第三章 机械波 返回导航 1 位移 y轴 位移 平滑 第三章 机械波 返回导航 1 正弦曲线 简谐 第三章 机械波 返回导航 1 各个时刻 某一时刻 相邻 第三章 机械波 返回导航 1 相邻 相邻 相邻 相邻 相同 倒数 一个 第三章 机械波 返回导航 1 介质中 介质 不同 第三章 机械波 返回导航 1 × √ × × √ √ 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 课堂探究·核心突破 返回导航 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 简谐运动中质点的位移 对于做简谐运动的质点，其位移都是相对平衡位置而言的，与起点在何处无关，这一点与运动学中的位移有所不同．　　 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 两种图像的比较 (1)波的图像与振动图像外形上很相似，辨别它们时要看图像的横坐标是时间t还是位置x． (2)简谐波中的所有质点都做简谐运动，它们的振幅、周期均相同． (3)判断波的图像中质点的运动方向可根据带动法、上下坡法、微平移法；判断振动图像中质点的振动方向根据质点下一时刻的位置．　　 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 课堂达标·素养提升 返回导航 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 第三章 机械波 返回导航 1 课时作业（十四） 点击进入 word 第三章 机械波 返回导航 1 谢谢观看 第三章 机械波 返回导航 1 学习 目标 1．能用描点法作横波的图像，理解波的图像的物理意义． 2．理解波速、波长、频率(周期)的 意义及其关系． 3．能判断波的传播方向和质点的振动方向． 一、波的图像 1．波的图像的画法 2．正弦波 (1)概念 波的图像是________，这样的波称为正弦波，也叫简谐波，如图所示． (2)介质中有正弦波传播时，介质中的质点在做____运动． 3．振动图像和波的图像 (1)振动图像表示介质中的“某一质点”在“________”的位移． (2)波的图像表示介质中的“各个质点”在“________”的位移． 二、波长、频率和波速 1．波长λ (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个____质点间的距离． (2)特征 ①在横波中，两个____波峰或两个____波谷之间的距离等于波长． ②在纵波中，两个____密部或两个____疏部之间的距离等于波长． 2．周期T、频率f (1)周期(频率)：在波动中，各个质点的周期(或频率)都____，这个周期(或频率)叫波的周期(或频率)． (2)周期T和频率f的关系：互为____，即f＝__． (3)波长与周期的关系：经过____周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长． eq \f(1,T) 3．波速 (1)定义：机械波在______的传播速度． (2)决定因素：由____本身的性质决定，在不同的介质中，波速是____(选填“相同”或“不同”)的． (3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝eq \f(λ,T)＝____． λf [自我诊断] 1．判断下列说法的正误． (1)通过波的图像可以找出任一质点在任意时刻的位移．( ) (2)机械波在传播过程中，各质点振动的周期、起振方向都相同．( ) (3)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍．( ) (4)波速表示介质中质点振动的快慢．( ) (5)波的图像描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况．( ) (6)可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向．( ) 2．如图甲所示为一列沿水平方向传播的简谐横波在t＝2 s时的波形图，图乙是这列波中质点P的振动图线，那么： (1)该波的传播速度为________m/s； (2)该波的传播方向为________(填“向左”或“向右”)；(3)图甲中质点Q(坐标为x＝2．25 m处的点)的振动方程为y＝_____cm． 解析：(1)波的周期T＝2 s，波长λ＝1．0 m，波速v＝ eq \f(λ,T)＝ 0．5 m/s． (2)由y－t图像可知，t＝2 s时，质点P向上运动，从而判断波是向左传播． (3)质点Q此时从最大位移开始向平衡位置运动，振动图像是一条余弦曲线 A＝0．2 cm，ω＝eq \f(2 π,T)＝π rad/s 质点Q的振动方程为y＝0．2 cos πt cm 答案：(1)0．5　(2)向左　(3)0．2cos πt 一、波的图像 1．对波的图像的理解 (1)波的图像是某一时刻介质中各个质点运动情况的“定格”．可以将波的图像比喻为某一时刻对所有质点拍摄下的“集体照”． (2)简谐波的图像是正(余)弦曲线，介质中的质点做简谐运动． 2．图像的信息 如图所示，知道一列波在某时刻的波形，能从这列波的波形中了解到波的传播情况主要有以下几点： (1)可以直接看出在该时刻沿传播方向上各质点的位移．图线上各点的纵坐标表示的是各质点在该时刻的位移．图中的M点的位移是2 cm． (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A，波的图线上纵坐标最大值的绝对值，即A＝4 cm． (3)可以判断出各质点在该时刻的回复力方向和加速度方向． (4)根据波的产生特点，若已知波的传播方向，可确定各质点在该时刻的振动方向、速度大小的变化趋势等．反之亦然． 3．判断质点振动方向与波的传播方向的四种常用方法 (1)上下坡法 沿波的传播方向看，“上坡”的点向下运动，“下坡”的点向上运动，简称“上坡下，下坡上”．如图甲所示． (2)微平移法 原理：波向前传播，波形也向前平移． 方法：作出经微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了．如图乙所示． (3)同侧法 在波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点运动方向，并在同一点沿水平方向画一个箭头表示波的传播方向，那么这两个箭头总是在曲线的同侧，如图所示．若波向右传播，则P向下运动． (4)带动法 原理：先振动的质点带动邻近的后振动质点． 方法：在质点P与波源之间的图像上靠近P点另找一点P′，若P′在P上方，则P向上运动，若P′在P下方，则P向下运动．如图所示． (多选)如图所示为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某个时刻的波形图，由图像可知(　　) A．质点b此时位移为零 B．质点b此时向－y方向运动 C．质点d的振幅是2 cm D．质点a再经过eq \f(T,2)通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是、 4 cm 解析：选AC　由题图波形图知，质点b在平衡位置，所以此时其位移为零，选项A正确；因波沿x轴正方向传播，波源在左侧，由质点振动方向与波的传播方向的关系可知质点b此时向＋y方向运动，选项B错误；简谐波在传播过程中，介质中各质点的振幅相同，所以质点d的振幅是 2 cm，选项C正确；再经过eq \f(T,2) 的时间，质点a将运动到负的最大位移处，通过的路程是4 cm，偏离平衡位置的位移大小是2 cm，选项D错误． 如图所示为一列沿x轴负方向传播的简谐波在某一时刻的图像，下列说法中正确的是(　　) A．该时刻a点和d点处的质点位移相同，加速度方向相反 B．该时刻b点和c点处的质点位移相同，速度方向也相同 C．质点b比质点c先回到平衡位置 D．质点a比质点d先回到平衡位置 解析：选D　题图时刻a、d两点位移相同，加速度相同，A错；b、c两点位移相同，速度方向相反，B错；据“上坡下、下坡上”方法可以判断a、b两点向上运动，c、d两点向下运动，所以c比b先回到平衡位置，a比d先回到平衡位置，C错，D对． 二、波长、频率和波速 1．波长的三种确定方法 (1)定义法：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长． 注意　两个关键词：“振动相位总是相同”、“两个相邻质点”．“振动相位总是相同”的两质点，在波的图像上振动位移总是相同，振动速度总是相同． (2)图像法 ①在波的图像上，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长． ②在波的图像上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长． (3)公式法：根据公式λ＝vT来确定． 2．波长、频率和波速的关系 (1)在一个周期内，振动在介质中传播的距离等于一个波长．波速与波长、周期、频率的关系为v＝eq \f(λ,T)＝λf． (2)波的周期和频率由波源决定，与v、λ无关，当波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不发生改变． (3)波速由介质本身的性质决定，在同一种均匀介质中波速不变． 一列横波沿直线向右传播，在波的传播方向上有P、Q两点．在t0＝0时P、Q两点间形成如图甲所示的波形，在t1＝7 s(T≤7 s≤2T)时P、Q两点间形成如图乙所示的波形．已知P、Q两点间距离d＝12 m，该波的振幅A＝10 cm．求： (1)此横波的周期T和波速v； (2)平衡位置在P处的质点的振动方程． 解析：(1)在t0＝0时P点向下振动，则在t1时刻，P点到达波峰位置，可知Δt＝1eq \f(3,4)T＝7 s 解得T＝4 s ，波长为λ＝8 m 可得波速v＝eq \f(λ,T)＝2 m/s． (2)因ω＝eq \f(2π,T)＝eq \f(π,2)，波的振幅A＝10 cm，平衡位置在P处的质点的振动方程y＝－10sineq \f(π,2)t(cm)． 答案：(1)4 s　2 m/s　(2)y＝－10sineq \f(π,2)t(cm) [针对训练] 1．(多选)某次地震中，纵波波速为7 km/s，横波波速为3．2 km/s，地震波频率为10 Hz．M点的观察者在接收到纵波15．3 s后才接收到横波，横波传到M点的时刻开始计时，图甲为横波引起的M点的振动图像，图乙为M点振动2T时刻的横波波动图像，则(　　) A．震源距离M点约为90 km B．图甲中eq \f(T,2)时刻，M点速度大小为0 C．该横波沿x轴负方向传播 D．沿波传播方向上距离M点16 km处的N点在5．275 s后将处于波谷 解析：选AD　设震源距离M点为x，则eq \f(x,3.2)－eq \f(x,7)＝15．3，解得x≈ 90 km，A正确；图甲中eq \f(T,2)时刻，M点在平衡位置，速度最大，B错误；由振动图像可知，在t＝2T时刻，M点向上振动，则该横波沿x轴正方向传播，C错误；波的周期为T＝0．1 s，波由M点传到N点的时间t1＝eq \f(16,3.2) s＝ 5 s，再经过0．275 s＝2eq \f(3,4)T质点N处于波谷位置，D正确． 三、振动图像和波的图像的比较 [问题探究] 如图为某一列波在某时刻的波的图像和某质点的振动图像，两图像横坐标和纵坐标分别表示什么意义？两图线的物理意义分别是怎样的？ 答案：波的图像横坐标表示各质点的平衡位置，纵坐标表示某时刻各质点离开平衡位置的位移；而振动图像横坐标表示某质点运动的时间，纵坐标表示该质点在不同时刻离开平衡位置的位移．波的图像表示某时刻各质点的位移；振动图像表示质点的位移随时间变化的规律． [知识深化] 特点 振动图像 波动图像 相 同 点 图线形状 正(余)弦曲线 正(余)弦曲线 纵坐标y 不同时刻某一质点的位移 某一时刻介质中所有质点的位移 纵坐标最大值 振幅 振幅 特点 振动图像 波动图像 不 同 点 描述对象 某一个振动质点 一群质点(x轴上各个点) 物理意义 振动位移y随时间t的变化关系 x轴上所有质点在某一时刻振动的位移y 横坐标 表示时间t 表示介质中各点的平衡位置离原点的距离x 横轴上相邻两个步调总一致的点之间的距离的含义 表示周期T 表示波长λ(以后学习) 特点 振动图像 波动图像 其他 频率和周期 在图中直接识读周期T 已知波速v时，根据图中λ可求出T＝λ/v 两者联系 ①质点的振动是组成波动的基本要素之一 ②波动由许多质点振动所组成，但在图像上波形变化无法直接看出 ③若已知波的传播方向和某时刻的波形图，则可以讨论波动中各质点的振动情况 如图所示分别为一列横波在某一时刻的图像和在x＝6 m处的质点从该时刻开始计时的振动图像，则这列波(　　) A．沿x轴的正方向传播 B．波速为100 m/s C．该质点振动周期为8 s D．再过0．04 s，x＝6 m处的质点在平衡位置且向上运动 解析：选B　t＝0时刻x＝6 m处质点的振动方向是向上，由波形平移法知，波沿x轴负方向传播，故A错误； 由左图得到波长为λ＝8 m，右图得到周期为T＝0．08 s，故波速v＝eq \f(λ,T)＝100 m/s，故B正确，C错误； 再过0．04 s，波向x负向传播的距离为：Δx＝vΔt＝100×0．04 m＝ 4 m，即再过0．04 s，平衡位置在x＝8 m处的质点的振动形式传播到x＝ 4 m处，故再过0．04 s，x＝4 m处的质点在正向最大位移处，将要向下运动，故D错误． 故选B． [针对训练] 2．一列简谐横波沿x轴负方向传播，波速v＝4 m/s．已知坐标原点(x＝0)处质点的振动图像如图所示．在下列4幅图中能够正确表示t＝ 0． 15 s时波形的图是(　　) 解析：选A　由题图可看出，t＝0．15 s时x＝0处质点位移为正，且此时刻该点正向y轴负方向振动，由此可断定只有A项正确． 1．(多选)关于如图所示的波形图，下列说法中正确的是(　　) A．此列波的振幅是0．1 m B．x＝15 cm处质点的位移是0．1 m C．若质点A的速度沿y轴正方向，则质点B的速度亦沿y轴正方向 D．质点A的加速度为沿y轴负方向，而B、C两质点的加速度沿y轴正方向 解析：选ACD　从波的图像上可以直接读出振幅、各质点离开平衡位置的位移，A正确，B错误．各质点加速度的方向总是指向平衡位置，D正确．由于A、B两质点在此时刻都在同一“坡”上，根据上、下坡法可以判断C正确． 2．如图所示A、B是两列波在同一种介质中传播时在某时刻某范围的波形图，通过对两列波的图像提供的信息分析后可以得出以下结论(　　 ) A．A、B两列波的波长之比是3∶2 B．A、B两列波的波速之比是2∶1 C．A、B两列波的频率之比是1∶2 D．A波源起振时先向下运动，B波源起振时先向上运动 解析：选C　设每小格长为l，则eq \f(1,2)λA＝4l，得λA＝8l；eq \f(1,2)λB＝2l，得λB＝4l，所以A、B两列波的波长之比为2∶1，故A错误；因为是同一介质，波速相同，所以A、B两列波的波速之比为1∶1，故B错误；根据v＝λf，得f＝eq \f(v,λ)，频率与波长成反比，A、B两列波的频率之比1∶2，故C正确；由波形图不知道波最前面的质点的位置和振动方向，所以无法判断起振方向，故D错误；故选C． 3．(多选)如图所示，一列简谐波沿x轴正方向传播，t＝0时，该波传播到x轴上的质点B处，质点A在负的最大位移处．在t＝0．6 s时，质点A第二次出现在正的最大位移处，则(　　) A．该波的周期为0．3 s B．该波的波速等于5 m/s C．t＝0．6 s时，质点C在平衡位置处且向上运动 D．t＝0．6 s时，质点C在平衡位置处且向下运动 解析：选BC　从t＝0时开始经1eq \f(1,2)T质点A第二次出现在正的最大位移处，即eq \f(3,2)T＝0．6 s，故T＝0．4 s，选项A错误；由图像知λ＝2 m，则v＝eq \f(λ,T)＝eq \f(2,0.4) m/s＝5 m/s，选项B正确；波由B传到C点所用时间t1＝eq \f(xBC,v)＝eq \f(1,5) s＝0．2 s，且C点开始向上振动，再经过t2＝0．6 s－t1＝0．4 s，C点恰好振动了1个周期，又回到原状态，故选项C正确，D错误． 4．质点A做简谐运动，其振动图像和t＝1．6 s时刻的波的图像如图甲、乙所示，则下列说法正确的是(　　) A．t＝1．6 s时质点A向上运动，波向左传播 B．t＝1．6 s时质点A向上运动，波向右传播 C．t＝1．6 s时质点A向下运动，波向左传播 D．t＝1．6 s时质点A向下运动，波向右传播 解析：选B　由振动图像与得质点A在t＝1．6 s时正向上运动，再结合波的图像可以看出，波向右传播，故B正确． $$