3.2波的描述 课件-2026-2027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”，核心涵盖波的图像、波长、频率、波速及关系，质点振动与波传播方向互判。通过“微思考·情境探究”导入，结合绳波周期性、波形图坐标轴意义，对比振动与波的图像，搭建从振动到波动的学习支架。 其亮点是以情境探究（如绳波传播、声波纵波图像）培养科学探究能力，用比较法区分振动与波的图像落实科学思维，通过“上下坡法”“同侧法”及高考例题强化物理观念。助力学生提升图像分析和问题解决能力，为教师提供系统教学资源和高效教学方法。

第三章 2.波的描述 学习目标 1.初步形成波长、频率和波速的概念。(物理观念) 2.用比较法比较振动图像和波的图像的不同。(科学思维) 3.探究绳波中质点振动方向与波的传播方向的关系。(科学探究) 基础落实　必备知识全过关 一、波的图像 1.波的图像的获得方法 (1)用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的　　　　,纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的　　　　。  (2)把平衡时位于x1,x2,x3,…的质点的位移y1,y2,y3,…画在Oxy坐标平面内,得到一系列坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),…的点,这些点的　　　　就是这一时刻波的图像。  2.简谐波的图像 (1)如果波的图像是　　　　曲线,这样的波叫作正弦波,也叫简谐波。  (2)介质中有正弦波传播时,介质的质点在做　 。  平衡位置 位移 集合 正弦 简谐运动 3.波的图像与振动图像的意义 (1)波形图表示介质中的“　　 　 　质点”在“　　 　　时刻”的位移。我们可以形象地说:波的图像是“照相式”的。 相对平衡位置的位移   　　　　对应某一时刻质点的“集体照”位移 (2)振动图像表示介质中“　　　　质点”在“　　　　时刻”的位移。我们可以形象地说:振动图像是“录像式”的。  　 对应某一过程某一个质点的位移 【要点提示】 波图像中的纵坐标表示各质点的位移,横坐标表示各质点的平衡位置坐标。 各个 某一 某一 各个 二、波长、频率和波速 1.波长 (1)在波的传播方向上,振动相位总是　　　　　的两个相邻质点间的最短距离,叫作波长。  (2)在横波中,两个　　　波峰或两个　　　波谷之间的距离等于波长。  (3)在纵波中,两个　　　密部或两个　　　疏部之间的距离等于波长。 相同 相邻 相邻 相邻 相邻 2.波的周期和频率　　　　均为受迫振动  在波动中,各个质点的振动周期或频率是　　　　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。  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。  4.波速及其特点 (1)定义:波速是指波在介质中传播的速度。 (2)特点:机械波在介质中的传播速度由　　　　本身的性质决定,在不同的介质中,波速是不同的。  5.波长、周期(频率)和波速之间的关系 v=　　　=　　　。  相同 波源 一个 介质 　 λf 微思考·情境探究 情境1如图所示,波沿绳传播,可以看出绳波在空间、时间上具有周期性,我们能否用图像的方法来描述波呢?如果能,坐标轴表示什么物理量? 提示 可以用图像描述波，这种图像叫做波的图像（波形图）。 横坐标（x轴）：表示介质中各个质点的平衡位置（沿波传播方向上质点的位置坐标）； 纵坐标（y轴）：表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移。 情境2如图所示,观察图像思考: (1)图中M、P、Q三个点纵坐标的意义是什么? (2)P点的振幅是多少? 提示 (1)该时刻x=1,2,4处质点离开平衡位置的位移。 (2)10 cm。 情境3一列向右传播的机械波的图像如图所示,当波源1开始振动一个周期时,质点9刚好要开始振动。 (1)再过一个周期,波将传播到哪个质点? (2)经过一个周期,波传播了多大的距离?怎样计算波传播的速度? 提示 (1)波将传播到质点17。 (2)经过一个周期,波传播的距离等于一个波长。波速的计算方法v=。 基础转化　夯实基础提能力 基础转化点1波的图像 AI解读能从图像或题干中找出波长、周期,能结合“上下坡法”“微平移法”分析质点运动,是本节最基础的应用能力,是解决波的图像问题的核心技能。 1.[2026四川成都七中模拟考试]一列沿 轴正方向传播的机械波某时刻的波 形图如图所示，、、 三个质点到各自平衡位置的距离相等。下列说法 正确的是( ) B A.该时刻质点振动方向沿 轴正方向 B.质点比 质点先回到平衡位置 C.质点和 质点的加速度大小始终相等 D.仅增大波源振动频率，波长变长 13 【解析】 根据同侧法可知，该时刻质点振动方向沿 轴负方向，故A错 误；根据同侧法可知，该时刻质点振动方向沿轴正方向，所以 质点比 质点先回到平衡位置，故B正确；根据同侧法可知，该时刻、 两质点 振动方向均沿轴负方向，题图所示时刻质点和 质点到各自平衡位置的 距离相等，所以两质点的加速度大小相等，但不是每时每刻都相等，故C 错误；波速是由介质决定的，波在同一介质中传播过程中，波速不变，根 据 可知，仅增大波源振动频率，波长变短，故D错误。 14 2.[2026广州六中期末考试]声波是一种典型的纵波，在纵波中各质点只在 各自平衡位置附近振动，并不随波迁移，故沿着波前进的方向，波中介质 会出现疏密不同的部分，因此纵波也被称为“疏密波”（如图甲）。若把某 时刻纵波中各质点偏离平衡位置的位移记录下来，画在坐标纸上，则可得 到该时刻波的图像。若一列沿水平方向传播的纵波及该时刻对应的波的图 像如图乙所示（只展示整个纵波的一部分，在纵波中密部中心处和疏部中 心处的质点偏离平衡位置的位移为零），已知“质点 ”在图示时刻的位置 在其平衡位置的右侧，且运动方向水平向右。则下列说法正确的是( ) 15 A.图乙中密部中心点到相邻的疏部中心点之间的距离为一个波长 B.图乙中疏部中心处的质点振动速度为零 C.图乙中波的传播方向沿水平方向向左 D.“质点 ”的振动周期不等于该波的传播周期 √ 16 【解析】 密部中心点到相邻的疏部中心点之间的距离为半个波长，两相 邻密部（或疏部）中心点之间的距离为一个波长，A错误；因为疏部中心 处的质点偏离平衡位置的位移为零，所以其对应的振动速度最大，B错误； 该时刻质点 的位置在平衡位置的右侧且向右移动，所以它在远离平衡位 置，由波的图像可知，该纵波传播方向沿水平方向向左，C正确；纵波在 一个质点振动的周期内向外传递一个波长的距离，故纵波的传播周期和质 点的振动周期相同，D错误。 17 基础转化点2波速、波长和频率的关系 AI解读掌握波长、频率和波速的概念及其关系,能够应用公式进行相关计算,情境适用于绳波、声波、水波等各类机械波,是考试必考的基础运算,贯穿整章机械波问题。 3.[2026广东深圳龙岗区模拟考试]某人握住轻绳的一端上下抖动，使绳子 振动起来，时刻的波形图如图所示，此时质点位于波峰，质点 开 始振动，、两质点平衡位置间的距离为。时质点 开始振 动，、两质点平衡位置间的距离为 。若将该绳波视为简谐横波，下 列说法正确的是( ) B A.手的起振方向向上 B.该绳波的波速大小为 C.手抖动的频率是 D.时质点 向下运动 19 【解析】 根据上下坡法可知质点 开始运动的方向向下，所以手的起振 方向也是向下，故A错误；该绳波的速度为 ，故 B正确；设该波的波长为 ，则，解得，根据 可 得手抖动的频率为，故C错误；因为在 时质点 开始运动的方向向下，该波的周期为， ， 所以在时质点 向上运动，故D错误。 20 4.[2026河南信阳期末考试]一列沿轴正方向传播的机械波，在 时刻 的波形如图中的实线所示，时刻的波形如图中的虚线所示， 小于 波的周期， 点是实线与虚线的交点，根据图中所提供的其他已知信息分 析，下列说法正确的是( ) C A.5.5个周期内质点的路程为 B.波速为 C.周期为 D.时刻与时刻，质点 均向下振动 21 【解析】 波的振幅为，个周期内质点的路程为 ， A错误；时间内，波传播的距离为，则波速为 ，B错误； 波长，由可得，C正确；时刻质点 正向下振 动，时刻质点 正向上振动，D错误。 22 重难探究　能力素养全提升 命题角度一 波的传播方向与质点振动方向的判断 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 方法 内容 图像 “带动” 法 先振动的质点带动邻近的后振动的质点。如在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点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   P向上运动   P向下运动 方法 内容 图像 “上下坡”法 沿波的传播方向,“上坡”时质点向下振动,“下坡”时质点向上振动   “同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧   “微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移,再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向   例题1(2025北京卷)质点S沿竖直方向做简谐运动,在绳上形成的波传到质点P时的波形如图所示,则(　　) A.该波为纵波 B.质点S开始振动时向上运动 C.S、P两质点振动步调完全一致 D.经过一个周期,质点S向右运动一个波长距离 B 解析 由题图可知,该波上质点的振动方向与波的传播方向垂直,因此该波为横波,故A错误;由题图根据同侧法可知,质点P开始振动的方向向上,则质点S开始振动时向上运动,故B正确;由题图可知,S、P两质点平衡位置的距离为λ,则两质点振动步调相反,故C错误;质点不随波传播,只能在平衡位置附近上下振动,故D错误。 [教考衔接·高考分析] 试题情境 学习探索情境 必备知识 波的图像、波的传播方向与振动方向的关系 关键能力 理解能力、推理论证能力 教材链接 人教版选择性必修一第60页第3题,二者情境相似,考查角度、遵循规律解题方法相同 思维方法 由传播方向与振动方向关系判断横波,由同侧法判断质点振动方向,由周期与波长的关系判断传播距离 命题角度二 波的图像信息的综合应用 1.简谐横波的图像是正(余)弦曲线,是最简单的一种波,各个质点振动的最大位移都相等,介质中有正弦波传播时,介质中的质点做简谐运动。某一时刻的波形是该时刻介质中各个质点运动情况的“定格”。 2.由波的图像获得的三点信息 (1)可以直接看出在某时刻沿传播方向上各个质点的位移。 (2)可以直接看出在波的传播过程中各质点的振幅A。 (3)若已知该波的传播方向,可以确定各质点的振动方向;或已知某质点的振动方向,可以确定该波的传播方向。 例题2(多选)原点O处有一简谐横波波源,t=0时波源开始振动①,形成沿x轴正向传播的机械波②,t=0.6 s时的波形图如图所示,此时质点P刚好开始振动①,下列说法正确的是(　　)  A.这列波的传播速度③为10 m/s B.t=0.7 s时质点b运动方向沿y轴正方向 C.再经过0.1 s质点a通过的路程④小于10 cm D.该波的周期为0.4 s ACD 解析 t=0时波源开始振动,形成沿x轴正向传播的机械波,t=0.6 s时波传播到质点P所在位置,故机械波的波速v= m/s=10 m/s,故A正确;由图读出波长为λ=4 m,则周期为T= s=0.4 s,由t=0.6 s时的波形图知,质点b运动方向沿y轴负方向,t=0.7 s时,即再经过四分之一个周期,质点b运动方向沿y轴负方向,故B错误,D正确;t=0.6 s时质点a运动方向沿y轴正方向,再经过0.1 s=T,该过程中的平均速率小于0~的平均速率,则质点a通过的路程小于10 cm,故C正确。 [教你析题] 读取题干 获取信息 ① 0~0.6 s内波传播的距离为x=6 m; 质点的振幅A=10 cm,波长λ=4 m ② 能判断出质点a、b此时刻的振动方向 ③ v= ④ 质点振动路程规律 [教你破题] 例题3[2026重庆育才中学开学考试] 如图 所示，曲线、 分别表示一列横波 上相距的两个质点和 的振动图 像，且质点比质点 先开始振动， 已知波长为 。 34 （1）求波的速度 ； 【答案】 解：波从到传播，则有 因，则有， 振动周期 波速为 35 （2）从开始计时，求质点振动 内走过的路程； 【答案】 【解析】 振动时间 则质点走过的路程 36 （3）设点距离点，且在、之间，则从时刻开始，求 点偏 离平衡位置的振动方程。 【答案】 37 【解析】 点的振动方程为 可得 点距离点也为，振动比 点落后 相位差 则 38 学以致用　随堂检测全达标 基础练习 题型1 波速与波长、频率的关系 1. （多选/2025河南卷）贾湖骨笛是河南博物院镇馆之宝之一，被誉为“中华 第一笛”。其中一支骨笛可以发出、、、、等音。已知音和 音所对应的 频率分别为和 ，则( ) AD A.在空气中传播时，音的波长大于 音的 B.在空气中传播时，音的波速小于 音的 C.由空气进入水中，音和 音的频率都变大 D.由空气进入水中，音的波长改变量大于 音的 40 【解析】 波的频率由波源决定，波在不同介质中传播时频率不变。 音和 音的频率不同，但都是声波，在空气中传播时两种频率的声波的波速相 同。 由于音的频率小于音的频率，且两者波速相同，由 可知，在空气中传 播时，音的波长大于 音的波长。 由可知，两种频率的声波由空气进入水中速度的改变量相同，由于 音的频率小于音的频率，所以音的波长改变量大于 音的。 41 题型2 波的图像 2.（2026山西运城期中）一列简谐横波沿轴正方向传播， 时刻的波形图如图所示， 此时处的质点刚好位于波峰位置。已知质点的振动周期为 ，则下列说法正 确的是( ) D A.该波的波长为 B.该波的传播速度为 C.从时刻起，处的质点在 内向右运动了 D.从时刻起， 处的质点在一个 周期内通过的路程为 42 【解析】 由题图可得，该波的波长为 。 已知质点的振动周期为，则该波的传播速度为 。 质点只能在其平衡位置附近振动，而不随波迁移。 时刻时，处的质点刚好位于波峰位置，则接下来 处的质点在 一个周期内通过的路程为 。 43 横波的图像 图像直观地表示了各个振动质点在某一时刻的位移，有时也称为波形图，简称波形。 44 题型3 波的传播方向和质点振动方向的互判 3.（2025四川成都新都一中月考）原点处有一简谐横波波源， 时波源开始振动， 形成沿轴正方向传播的机械波，当时波形图如图所示，此时质点 刚好开始振 动，下列说法正确的是( ) D A.这列波的传播速度为 B.此时质点运动方向沿 轴正方向 C.再经过质点通过的路程等于 D.此时质点与质点 运动方向相反 【解析】 时波源开始振动，形成沿 轴正向传播的机械波，当 时波形图如题图所示，机械波的波速 。 45 图甲 同侧法题目所给图像为波形图，（找） 找到 点，此时不在波峰、波谷；（画）已知 波传播的方向向右，标上向右的箭头；（同） 用同侧法标出振动方向箭头朝下，如图甲所 示，因此质点运动方向沿 轴负方向。 46 图乙 同理，如图乙所示，由同侧法可知 时质点运动方向沿 轴正方向且不 处于平衡位置，再经过（即 周期）质点 通过的路程小于一个振幅，即小于 。 由B、C选项分析知，此刻质点 运动方 向沿轴正方向，质点运动方向沿 轴负方 向，故此时质点与质点 运动方向相反。 47 4.（2026江苏南京十二中月考）一列简谐横波沿 轴传 播，时刻的波形图如图中的实线所示， 时刻的波形图如图中的虚线所示， 时间内，平 衡位置位于 处的质点加速度方向未发生改变， 下列说法正确的是( ) D A.波源振动的周期为 B.该简谐横波沿 轴负方向传播 C.该简谐横波传播的速度大小为 D.平衡位置位于处的质点在时的速度方向沿 轴正方向 48 【解析】 同侧法题目所给图像是波形图， （找）根据题干信息，找到平衡位置位于 处的质点， 此时不在波峰和波谷；（画） 时间内，平衡位置位 于 处的质点在此过程中加速度方向未发生改变，则 根据B项分析可知，故周期为 。 该简谐横波传播的速度大小为 。 平衡位置位于处的质点在时，根据同侧法知，速度方向沿 轴正方向。 此过程中该质点沿 轴负方向运动，标上向下的箭头；（同）用同侧法标出传播方向箭 头方向向右，如图所示，因此该简谐横波沿 轴正方向传播。 49 题型4 长时间、远距离问题 5.（多选/2025湖南永州阶段测试）如图所示是一列简谐波在 时的波形图，波速为 ，此时波恰好传到 点，下列说法正确的是( ) BCD A.此列波的周期为 B.质点、 在振动过程中位移总是相等 C.质点的起振方向沿 轴负方向 D.当时， 处的质点处于波谷 【解析】 （一算）根据题图信息可知，，则周期 。 质点、 相隔一个波长的距离，根据空间周期重复性可知，这两点振动情况一模 一样。 50 如图中实线所示，根据同侧法可知， 质点向 轴负方向振动。又“此时波恰好传 到点”，因此质点的起振方向就是沿 轴负 方向。 （二化） ， 。（三扔）扔掉整数倍，化简为，对应平移 后的波形； 化 简为 ，对应处的点。因此只要将波形图向右平移 （如图中虚线所示）， 看 处的质点即可。从图中可看出该质点在波谷位置。 51 6.（2026湖北名校联考）如图所示，一列沿轴传播的简谐横波，实线为 时刻的波 形图，此时质点（平衡位置为）向轴正向振动，虚线为 时的波形图。 从开始计时，质点（平衡位置为）在 时恰好第三次到达波峰，则下 列说法正确的是( ) C A.该波沿轴负方向传播 B.该波的传播速度为 C.在时刻，点处于波峰位置 D.在内，运动的路程为 52 【解析】 时质点 （平衡位置为） 向轴正向振动，根据同侧法可知该波沿 轴正方 向传播，如图所示。 （一算）质点（平衡位置为）在 时恰好第三次到达波峰，则有 ，解得，由图知该波波长为，则 。 （二化），对应 。（三扔）扔掉整数倍，只要分析 即可。 由A项可知，该波沿轴正方向传播，因此将时刻的波形图向右平移 ，就是 时刻的波形图，则在时刻， 点处于波峰位置。 若质点振动，其通过的路程为，但在内， 点只振动 了，所以运动的路程小于 。 53 能力提升 7.（2026北京第四中学期中）一根软绳平放时与 轴 重合，绳的左端在坐标原点 处，用手握住绳的左 端上下抖动，在绳上形成简谐波。从开始抖动计 时，波刚好传播到 处，形成的波形 如图所示，关于这段波动过程，下列判断正确的是 ( ) C A.绳左端起振的方向为 轴正方向 B.手的抖动先快后慢 C.绳波传播的速度为 D.时，手抖动的频率为 54 【解析】 在最右端的质点起振方向向下，所以绳左端起振的方向为 轴负方向。 波在同一种均匀介质中传播速度不变，根据图像可知，后来的波长变短，根据 可知，后来的频率增大，所以手的抖动先慢后快。 根据波速计算公式可得 。 波从传播到的时间为，所以 时，手抖动的 频率等于频率增大后的频率，为 。 55 8.（2026黑龙江大庆实验中学期中）如图所示为 一列沿轴正向传播的简谐横波在时的波形图， 、 分别是平衡位置为、 处的质点，已知波 速为，此时 处的质点刚开始运动，则( ) C A.这列波的起振方向沿 轴正方向 B.时质点速度沿 轴正方向 C.时质点的加速度方向沿 轴正方向 D.时 质点位于平衡位置 【解析】 由题意可知，时刻 处的质点刚开始运动，该质点 起振方向沿轴负方向，所以波源的起振方向沿 轴负方向。 56 该波正在向轴正向传播，由同侧法选取 质点分析，画出 箭头如图所示，时质点速度沿 轴负方向。 同理，由同侧法可得，当时， 质点正处于平衡 位置且向轴正方向运动，由题图可知，波长 ，所以周 期，时间内经历了个周期，所以 时质点在波谷，此时质点的加速度方向沿 轴正方向。 57 9.（2025广东深圳高级中学期末）某次水袖舞表演中，演员甩出水袖的波浪可 简化为如图所示的沿轴方向传播的简谐横波，其中实线为 时刻的波形图，虚线为 时刻的波形图，波的周期大于 ，则( ) D A.时刻，的质点向下振动 B.演员的手 内全振动4次 C.若手振动变慢，波长变短 D.波传播的速度大小为 58 【解析】 因为波的周期大于 ，根 据平移法可知 波形从实线到虚线是四分之一 周期，即波沿 轴正方向传播，由同侧法选取 的质点分析画出箭头如图所示（ 由“上 由A选项分析可知，即，根据，可知演员的手 内全 振动2次。 在同一介质中波传播的速度不变，根据 ，可知若手振动变慢，则波的周期变 长，波长也随之变长。 波传播的速度大小为 。 下坡法”可知，沿波的传播方向来看“下坡”的质点向上运动，时刻， 的质 点向上振动。）。 . . . . 59 10. （多选/2026湖南岳阳一中月考） 如图1所示，医生正在为病人做B超检查，B超 成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，超声波遇 ACD A.血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为 B.质点开始振动的方向为沿 轴正方向 C.时，质点 恰好处于波谷 D.时间内，质点运动的路程为 到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成 B超图像。图2为血管探头沿轴正方向发送的简谐超声波图像， 时刻波恰好传到质 点。已知此超声波的频率为 。下列说法正确的是( ) 60 【解析】 根据题图2可知，由 得波速 。 同侧法 （找）要求 点的起振方向，也就是波最 前方点的振动方向，可以取题图2中点进行分析， 点 不在波峰、波谷；（画）已知波传播的方向向右，标上 向右的箭头，如图；（同）用同侧法标出振动方向箭头 朝下，因此质点开始振动的方向为沿 轴负方向。 （一算）波的周期为；（二化）波传播过程中，从 传播到的时间为，故 点运动时间 61 ；点起振方向为 轴负方向， 则时间后质点 恰好处于波谷。 由C项分析知波的周期，，则质点 运动的路 程 。 11. （2026北京人大附中期中）湖面上停着可以视作质点的、 两条小船，它们 相距。一列可以视为简谐波的水波正在湖面上沿连线从向 传播，每条小船每 分钟上下浮动12次。当船位于波峰时， 船正好经过平衡位置向上运动。 （1） 求每条小船上下浮动的周期； 【答案】 【解析】 每条小船每分钟上下浮动12次，则周期为 。 （2） 求这列水波可能的波长； 【答案】 【解析】 令、两船间距为，由于当船位于波峰时， 船正好经过平衡位置向上 运动，则有 解得 。 63 （3） 如果两船之间有且只有一个波峰，求这列水波的波速。 【答案】 【解析】 如果两船之间有且只有一个波峰，则 波速为 解得 。 本题是根据教材第三章第2节“练习与应用”第6题改编而来，、 两条小船之 间可能有多个波峰，因此第二小问求解时注意其波长具有多个解。 64 $