3.2 波的描述 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“波的描述”核心知识，涵盖波的图像构建、波长频率波速关系及振动与波的图像对比。通过绳波、彩带实例情境导入，关联振动图像旧知，引导学生建立波的图像认知支架。 资料以实验探究（横波演示仪、波动箱模拟）和对比分析（振动与波的图像表格）为特色，培养科学探究与科学思维，例题结合小船水波等实际问题深化物理观念应用，助力学生理解波的时空特性，为教师提供清晰教学路径与实践素材。

第2节　波的描述 教学分析 · 教学目标 1.学生能建立适当的直角坐标系，采用描点的方法画出波的图像，并能说出图像表达的物理意义。 2.学生能准确说出波长、频率、波速的定义以及各物理量之间的关系式，能够运用公式解决简单的问题。 3.对比分析振动图像和波的图像,学生清楚两种图像的相同点和不同点,能判断波的传播方向和质点的振动方向。 · 教学重难点 建立波的图像，理解波的图像的物理意义，从波的图像获取物理信息。 · 教学方法 探究法、讨论法、讲授法、多媒体展示、实物演示。 · 课时安排 1课时。 · 教学准备 学案、绳、彩带、横波演示仪、多媒体辅助教学设备等。 教学设计 一、情境导入 展示绳波、彩带的实例。 【提出问题】波在空间、时间上具有周期性,能否用图像的方法来描述一列波呢? 板书呈现课题,配合课件使用,引导学生进入本课的学习过程,明确本课的基本教学目标。 二、讲授新课 (一)波的图像 【知识回顾】前面学习了机械振动中质点的振动图像,质点的振动图像的物理意义是什么?从图像上我们可以获得哪些信息? 【学生回答】表示振动质点偏离平衡位置的位移随时间的变化规律。横轴表示时间,纵轴表示偏离平衡位置的位移。从图像上我们读出质点的振幅、周期,还可以知道质点在某一时刻所处的位置等。 【实验展示】横波演示仪 1.用横坐标表示在各质点的平衡位置到原点的距离。 2.用纵坐标表示某时刻各质点对平衡位置的位移。 3.波的图像的画法:将某时刻各质点偏离平衡位置的位移矢量的末端用光滑的曲线连接起来。 【提出问题】横波的图像与波的形状相似，二者有什么区别? 【教师总结】二者的实质是不同的。波的图像是一种数学函数图像,它的长短、高低完全取决于坐标尺度的选取;而波的形状不会因坐标尺度的选取不同而改变。纵波的图像和纵波的图像和纵波的形状不存在形似之处。所以波的图像并不反映波的实际形状。 【总结提升】如果波的图像是正弦曲线,这样的波叫作正弦波,也叫简谐波。简谐波的图像是一条正弦或者余弦图像。 【提出问题】波的图像的物理意义是什么? 【学生回答】波的图像表示介质中各质点在某一时刻偏离平衡位置的位移的空间分布情况。 (二)波长、频率、波速 学生阅读课本第68页 【实验展示】用波动箱模拟演示波源振动一个周期形成的波形。 【提出问题】波长、频率、波速的定义。 【学生回答】1.波长:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫作波长。 2.在波动中,各个质点的振动周期或频率相同,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫波的周期或频率。公式:T=。 3.波速:单位时间内,波在介质中传播的距离。公式:v==λf。 【总结提升】1.在横波中,两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中,两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。 2.波源每做一次全振动(一个周期),波传播一个波长的距离。 3.波的传播速度由介质本身决定,波在不同的介质中传播速度不同。 4.周期和频率只取决于波源,与波速、波长无关。 (三)振动图像和波的图像的异同 【师生合作】 相同点:两者都是按正弦或余弦规律变化的曲线,振动图像和波的图像中的纵坐标均表示质点离开平衡位置的位移,纵坐标的最大值均表示质点的振幅。 不同点: 比较项 振动图像 波的图像 图像 物理意义 表示一个质点在各个时刻对平衡位置的位移 表示某一时刻各个质点对平衡位置的位移 横坐标 表示时间 表示各个质点的平衡位置 纵坐标 振动质点对平衡位置的位移 各个质点对平衡位置的位移 图像变化 随时间延伸,原有部分不变 整个波形沿波的传播方向随时间平移 运动特点 质点做简谐运动 同一介质中,波形做匀速直线运动,各质点做简谐运动 【总结提升】振动图像是录像式的,波的图像是照相式的。 【提出问题】从波的图像可以获得哪些信息? 【小组合作讨论回答】振幅、波长以及某一时刻各质点的位移。 【提出问题】怎样根据某一时刻某质点的振动方向确定波的传播方向或者根据波的传播方向判断各质点的振动方向? 【教师总结】(微平移法) 【教师补充】质点的位移随空间发生变化,并且具有空间上的周期性。经过一个周期的时间后,各个质点的振动状态会重复出现,这就是波的空间和时间上的周期性。 【例题展示】 [例题] 图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形曲线。经过0.5 s后,其波形如图中虚线所示。设该波的周期T大于0.5 s。 (1)如果波是沿x轴负方向传播的,波的速度和周期分别是多大? (2)如果波是沿x轴正方向传播的,波的速度和周期分别是多大? 例题分析:根据图像可知波长,根据公式v=求波速,根据T=求波的周期。 例题解答:(1)如果波沿x轴负方向传播,波形移动了6 cm 由此可求出波速的大小v==0.12 m/s 波的周期为T==2.0 s。 (2)如果波沿x轴正方向传播,波形移动了18 cm 由此可求出波速的大小v==0.36 m/s 波的周期为T== s。 本知识点设计说明:该波的周期T大于0.5 s,波在0.5 s内传播的距离小于一个波长,由图像得到波传播的距离,根据v=求解波速,由波速公式v=求出周期。T>0.5 s的设计,避免了周期性。 评价反馈 1.下图是一列波的图像。 (1)如果波沿着x轴的正方向传播,K、L、M三个质点,哪一个最先回到平衡位置? (2)如果波沿着x轴的负方向传播,K、L、M三个质点,哪一个最先回到平衡位置? 答案:(1)K　(2)M 2.一列横波某时刻的波形如图甲所示,图乙表示介质中某质点此后一段时间内的振动图像。 (1)若波沿x轴的正方向传播,图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图像? (2)若波沿x轴的负方向传播,图乙为K、L、M、N四点中哪点的振动图像? 答案:(1)L　(2)N 3.湖面上停着A、B两条小船,它们相距20 m。一列水波正在湖面上沿AB连线的方向传播,每条小船每分钟上下浮动20次。当A船位于波峰时,B船在波谷,两船之间还有一个波峰。求水波的波速。 答案: m/s 【反馈深化】 题号 1 2 3 考查点 已知波的传播方向判断质点的振动方向 判断质点的振动方向 波传播的实际问题 典型共 性错误 教师讲 解要点 课堂小结 【教师引导】回顾本节课的学习,总结振动图像和波的图像的区别,以及如何从图像中获得物理信息。教师提问,学生回答,教师补充。 【学生总结】本节课运用的科学方法:实验、类比、讨论。 布置作业 1.【掌握巩固】完成学案和课后练习1、2、5。 2.【情境融合】课后尝试制作简易的横波演示仪,观察波的传播现象。 板书设计 第2节　波的描述 1. 波的图像及物理意义 2.(1)波长:在波的传播方向上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫作波长 (2)周期、频率:在波动中,各个质点的振动周期或频率相同,它们都等于波源的振动周期或频率,这个周期或频率也叫波的周期或频率。公式为:f= (3)波速:单位时间内,波在介质中传播的距离。v==fλ。 3.振动图像和波的图像的异同 (1)相同点:两者都是按正弦或余弦规律变化的曲线,两图像中的纵坐标均表示质点离开平衡位置的位移,纵坐标的最大值均表示质点的振幅 (2)不同点:振动图像是录像式的,波的图像是照相式的 教学反思 课程设计 学生引导 教材挖掘 作业设计 自我鉴定 备课资源 1.纵波的波的图像和质点的振动图像 纵波是指质点的振动方向与波的传播方向在同一条直线上的波。纵波的形成可以用一系列弹簧圈模拟一系列质点,当近端的质点振动起来后,会带动远端邻近的质点运动,但后一个质点振动总比前一个质点落后一些,这样质点(弹簧)左右振动的状态就沿波(弹簧)的方向传播开来,从整体看,就形成了疏密相间的波,即纵波。设波传播方向上各质点的位置分别如图甲,质点1先向右振动,由图甲可知,在一个周期的时间内,振动形式和能量传播到质点13,从外观看,纵波图像和横波图像完全一样。 每个质点的振动情况如图乙,也是在平衡位置附近做简谐振动,质点离开平衡位置向右、向左的振动图像也和横波中每个质点的振动图像完全相同。 甲　　　　　　　　　　　　　乙 2.纵波中质点的平衡位置和最大位移 平衡位置,顾名思义就是合外力为0的位置,纵波中质点分布最疏的位置和最密的位置分别叫疏部和密部。疏部就是相邻的质点之间的间距最大,如图丙,设质点2与质点1、3间距相等,是整列波中的一个疏部,质点2就认为处于疏部中央,此时质点1对质点2的作用力为F12,质点3对质点2的作用力为F32,由于两力大小相等,方向相反,此位置合力为0,是平衡位置。同理,如果质点处于密部中央,如图丁中的质点5,此时质点4对质点5的作用力为F45,质点6对质点5的作用力为F65,由于两力大小相等,方向相反,此位置合力为0,也是平衡位置。 丙　　　　　　　　　丁 质点离开平衡位置的最大位移,也就是振幅最大的位置,按照波形的对称性可知,应该是相邻最密点与最疏点的正中间点。 3.纵波中质点处于不同位置的能量 质点处于密部中央和疏部中央时,质点的速度最大,动能最大,势能最小;质点处于相邻最密部与最疏部的正中间点时,速度为0,动能为0,势能最大。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $