3.2 波的描述 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦“波的描述”，涵盖波的图像、波长、频率、波速及传播方向与质点振动方向判定等核心知识。通过“波传播时质点振动与波形传播的周期性”问题导入，衔接质点振动知识，搭建从振动到波的描述的学习支架。 其亮点在于以简谐波图像为模型建构载体，结合典例分析和同侧法、上下坡法等多种判定方法，培养科学思维与运动和相互作用观念。当堂巩固题强化知识应用，学生能深化理解，教师可提升教学效率。

第三章 机械波 2 波的描述 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（选择性必修1） 波在介质中传播时，各质点都在平衡位置附近振动，而整个波形不断地向前传播，在时间上、空间上都具有周期性，如何通过图像来描述波的运动情况呢？ 新课引入 x y 正方向 1. 波的图像的画法 纵坐标y：某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移 横坐标x：在波的传播方向上各质点的平衡位置 如图是根据一张绳上横波的照片画出的图，记录了绳上各质点在该时刻的具体位置。 用一条平滑的曲线把各点连接起来就是这一时刻波的图像，有时也称波形图 建立 坐标系 描点 连线 一、波的图像 如图所示，观察波的图像思考： (1)图中M、P、Q三个点坐标的意义分别是什么？ 【解析】(1)图中M、P、Q三个点的坐标分别表示x=1 m，x=2 m，x=4 m处三个质点此时的位移为10 cm，0，0；(2)P点的振幅为10 cm (2)P点的振幅是多少？ 2. 简谐波 (1)如果波的图像是_________，这样的波叫作_______，也叫简谐波。 (2)简谐波中各质点的振动是_________，各质点振动的振幅均_____。 正弦曲线 正弦波 简谐运动 相同 一、波的图像 【典例1】(多选)根据图甲、乙所示，下列说法正确的是 A.甲是振动图像，乙是波的图像 B.甲是波的图像，乙是振动图像 C.甲中A点向下振动，乙中B时刻质点向下振动 D.甲中A点向上振动，乙中B时刻质点向下振动 √ √ 一、波的图像 【解析】波的图像的横坐标表示波的传播方向上各质点的平衡位置，振动图像的横坐标为时间，故A错，B对； 题图甲中A质点被其左侧的质点带动向上振动，题图乙中B时刻后质点的位移由零变为负值，故向下振动，故C错，D对。 波形图和振动图总结： 1. 简谐波的波形图与质点的振动图像都是正弦曲线。 2. 波形图表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移（照片）； 振动图像则表示介质中“某一质点”在“各个时刻”的位移（视频）。 3. 两个图像判断质点振动方向的方式不同，振动图像可通过下一个极短时间内质点位移的变化来确定质点的振动方向，而波形图则需根据波产生和传播的特点来判断。 一、波的图像 (2)特征 ①在横波中，两个相邻_____或两个相邻_____之间的距离等于波长。 ②在纵波中，两个相邻_____或两个相邻_____之间的距离等于波长。 1. 波长λ (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是_____的两个_____质点间的距离。 波峰 波谷 密部 疏部 二、波长、频率和波速 相同 相邻 2. 周期T、频率f (1)周期(频率)：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)是相同的，它们都等于_____的振动周期(或频率)，这个周期(或频率)也叫作波的周期(或频率)。 (2)关系：f=。 (3)决定因素：由_____决定。 (4)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于__________。 波源 波源 一个波长λ 二、波长、频率和波速 3. 波速 (1)定义：机械波在介质中的_____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，与波长、周期或频率无关。 说明：声速与温度有关 传播 介质 不同 二、波长、频率和波速 波的周期重复性 波是平移往前传播 ① 时间周期性重复： 波每传播一段时间(nT)，波形重复 ② 空间周期性重复： 波每传播一段距离(nλ)，波形重复 波的周期=波源振动的周期=波上每个点振动的周期 二、波长、频率和波速 【典例2】(2025·四川省泸定中学高二月考)周期T＝2 s的简谐横波沿x轴传播，该波在t＝0时刻的图像如图所示，则该波 A.波速v＝40 m/s B.波速v＝20 m/s C.波速v＝10 m/s D.波速v＝5 m/s √ 二、波长、频率和波速 【解析】由题图可知，波长为20 m，所以v＝ m/s＝10 m/s，故选C。 拓展　如图所示，虚线为一段时间Δt(Δt<T＝2 s)后的波形图，据此能否判定这列波的传播方向？Δt为多少？ 【解析】无法确定波的传播方向；如果这列波向左传播，则Δt＝＝0.5 s；如果这列波向右传播，则Δt＝＝1.5 s。 二、波长、频率和波速 【典例3】(来自教材)图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。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)如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ (2)如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？ 二、波长、频率和波速 二、波长、频率和波速 【解析】（1）如果波是向左传播的，从题图看出，虚线所示的波形相当于实线所示的波形向左移动了6 cm(个波长)，由此可求出波速的大小v＝ m/s＝0.12 m/s 波的周期为T＝ s＝2.0 s （2）如果波是向右传播的，从题图看出，虚线所示的波形相当于实线所示的波形向右移动了18 cm(个波长)，由此可以求出波速的大小 v＝ m/s＝0.36 m/s 波的周期为T＝ s≈0.67 s。 1. 带动法 y x O P P′ 传播方向 波源 y x O P P′ 传播方向 波源 先振动的质点带动邻近的后振动的质点，后面的质点依次重复前面质点的振动。 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 2. 同侧法 y x O P 传播方向 振动方向 y x O P 传播方向 振动方向 在水平传播的波的图像上的某一点，沿竖直方向画出一个箭头表示质点振动方向，并设想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。 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 3. 上下坡法 y x O 传播方向 上坡 下坡 上坡 上坡下 下坡上 沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动；“下坡”的质点向上振动。 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 y x O 4. 微平移法 P Q 传播方向 在某时刻波形的基础上，作出微小时间Δt后的波形，就知道了各质点经过Δt时间后到达的位置，此刻质点振动方向也就知道了。 波向前传播，波形也向前平移(质点不随波迁移) 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 【典例4】(教材改编)简谐横波某时刻的波形如图所示，P为介质中的一个质点，波沿x轴的正方向传播。 (1)此时质点P的速度方向和加速度方向各是怎样的？（用多种方法） 【解析】波沿x轴的正方向传播，由同侧法可知，此时P点的速度方向向上，P点位移沿y轴正方向，则加速度方向向下。 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 (2)画出后的波形图，并判断后质点P的速度方向和加速度方向又是怎样的？ 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 【解析】后的图像如图虚线所示，由同侧法可知，此时P点速度方向向下，加速度方向向下。 (3)此时刻经过后，质点P通过的路程______(选填“>”“<”或“＝”)A0。  【解析】在时间内，质点P向最大位移处运动后返回，平均速度相比平衡位置附近小，通过的路程小于一个振幅A0。 波的描述 波的图像 意义 横轴 平衡位置 各个质点——某一时刻 物理量 纵轴 偏离平衡位置的位移 正弦波（简谐波） 等振幅 波的传播方向和质点振动方向的判定 带动法 同侧法 上下坡法 微平移法 波长、频率和波速 波长λ 频率f（周期T） 与波源的频率（周期）相同 相位总是相同的相邻质点间的距离 波速v 由介质本身决定 课堂小结 1. (多选)(2025·西安市田家炳中学高二联考)一简谐横波在x轴上传播，波源的振动周期T＝0.1 s，t＝0时刻的波形如图所示，且此时a点向下运动，则 A.该波向右传播 B.该波的波速为20 m/s C.t＝0.025 s时，a质点将运动到波峰处 D.t＝0.05 s时，a质点将运动到x＝3.0 m处 √ √ 当堂巩固 【解析】a点此时刻向下运动，根据“同侧法”可知波向右传播，故A正确； 从题图中可得出波长λ＝2.0 m。而波源振动周期T＝0.1 s，这列波的波速v＝＝20 m/s，故B正确； t＝0.025 s＝，此时a质点处于波谷位置，故C错误； 质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，故D错误。 当堂巩固 2. (2025·淮安市高二期中)湖面上停着A、B两条小船，它们相距30 m。一列水波正在湖面上沿A、B连线的方向传播，每条小船每分钟上下浮动30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：(1)周期；(2)波长；(3)波速。 【解析】(1)每条小船每分钟上下浮动30次，则周期为T＝ s＝2 s (2)令A、B两船间距为x0，由于当A船位于波峰时，B船在波谷，两船之间还有一个波峰，则有λ＝x0，解得λ＝20 m (3)根据波长与波速的关系有v＝＝10 m/s。 当堂巩固 3. (2024·牡丹江市高二期末)一列向右传播的简谐横波，当波传到x＝2.0 m处的P点时开始计时，该时刻波形如图所示，t＝0.9 s时，观察到质点P第三次到达波峰位置，下列说法正确的是 A.t＝1.6 s时，x＝4.5 m处的质点Q第三次到达波谷 B.经1.4 s质点P运动的路程为35 cm C.波速为0.5 m/s D.x＝1 m处的质点起振方向向下 √ 当堂巩固 【解析】由题意可知，因t＝0时刻质点P向上振动，t＝0.9 s时，观察到质点P第三次到达波峰位置，则2T＝0.9 s，则T＝0.4 s，波速v＝ m/s＝5 m/s，波传到Q点的时间t1＝ s＝0.5 s， t＝1.6 s时，x＝4.5 m处的质点Q已经振动了1.1 s＝2T，而质点Q的起振方向也向上，则此时质点Q第三次到达波谷，选项A正确，C错误； 经1.4 s＝3T，则质点P运动的路程为14A＝70 cm，选项B错误； 因t＝0时质点P起振方向向上，则x＝1 m处的质点起振方向向上，选项D错误。 当堂巩固 4. (多选)如图所示是t＝0时刻某简谐横波的图像，已知该波沿x轴方向传播，质点M、N的平衡位置坐标分别为x＝3 m、x＝14 m，此时x＝22 m处的质点刚开始起振，t＝0.1 s时质点N第一次运动到波峰。下列说法正确的是 A.波沿x轴正方向传播 B.波源的起振方向沿y轴负方向 C.简谐横波的波速为20 m/s D.0~0.3 s时间内质点M通过的路程为30 cm √ √ 当堂巩固 【解析】t＝0时刻，x＝22 m处的质点刚开始起振，可知波沿x轴的正方向传播，结合题图可知t＝0时刻，x＝22 m处的质点沿y轴正方向振动，则波源的起振方向沿y轴正方向，故A正确，B错误； 由题图可知该波的波长为λ＝8 m，t＝0.1 s质点N第一次运动到波峰，可知t＝，则T＝0.4 s，由v＝得v＝20 m/s，故C正确； t＝0.3 s＝T，当质点在平衡位置或最大位移处经过T通过的路程为s＝3A＝30 cm，质点M不在平衡位置或最大位移处，故0~0.3 s时间内质点M通过的路程不为30 cm，故D错误。 当堂巩固 5. (2025·齐齐哈尔市高二期中)如图所示，实线和虚线分别表示沿x轴传播的一列简谐横波在t1＝0和t2＝0.2 s时刻的波形图，已知在t1＝0时刻，介质中x＝0.6 m处的质点P沿y轴正方向运动。 (1)判断该波的传播方向及波长； 【解析】已知在t1＝0时刻，介质中x＝0.6 m处的质点P沿y轴正方向运动，根据同侧法可知，波沿x轴负方向传播，波长为λ＝0.8 m 当堂巩固 (2)若T>0.2 s，求该波的波速； 【解析】若T>0.2 s，由题图可知T＝0.2 s 解得T＝0.8 s，由v＝，解得v＝1 m/s 当堂巩固 【解析】若T>0.2 s，由上述可知T＝0.8 s 介质中x＝0.6 m处的P质点在t＝2 s内通过的路程s＝×4A＝0.5 m (3)若T>0.2 s，求介质中x＝0.6 m处的P质点在t＝2 s内通过的路程。 $