第三章 2 波的描述（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（人教版 浙江专版）

该高中物理课件聚焦“波的描述”，核心涵盖波的图像绘制与意义、波长频率波速关系及传播方向与质点振动方向判定，通过对比振动图像导入，以描点法画波形图为支架，帮助学生建立前后知识联系。 其亮点在于结合实例与“同侧法”“上下坡法”等方法，通过辨析题和计算题培养科学思维与物理观念，如对比波形图与振动图像意义，用“上下坡法”判振动方向，助力学生深化理解，教师可借系统练习提升教学效率。

波的描述 2 第 三 章 1.理解波的图像的物理意义，能用描点法作横波的图像，能从图像中读取各物理量信息(重点)。 2.通过对波的图像的分析，建立波长、频率和波速的概念，熟练掌握三者之间的联系(重点)。 3.会根据波的图像判定波的传播方向和质点的振动方向(重难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、波的图像 二、波长、频率和波速 三、波的传播方向和质点振动方向的判定 < 一 > 波的图像 1.波的图像的画法 (1)建立坐标系，描点 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　　　　　　　　　　。得到一系列坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，…的点。 (2)连线 用一条　　　的曲线把各点连接起来就是这一时刻　　　　　，有时也称　　　　。 平衡位置 偏离平衡位置的位移 平滑 波的图像 波形图 2.简谐波(正弦波) (1)如果波的图像是　　　　　，这样的波叫作正弦波，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　　　。 3.波形图与振动图像 (1)简谐波的波形图与质点的振动图像都是　　　　　。 (2)波形图表示介质中的“各个质点”在“　　　　　”的位移。 (3)振动图像表示介质中“某一质点”在“　　　　　”的位移。 正弦曲线 简谐运动 相同 正弦曲线 某一时刻 各个时刻 　下列关于波的图像和振动图像说法正确的是 A.波的图像表示某一时刻某质点的位移 B.振动图像表示某一质点在各个时刻的位移 C.波的图像表示各个时刻各个质点的位移 D.振动图像表示某一质点在某一时刻的位移 例1 √ 波的图像的物理意义是表示某一时刻各个质点的位移，即表示的是某一时刻各个质点在空间的分布，选项A、C错误； 振动图像的物理意义是表示某一质点在各个时刻的位移，选项B正确，D错误。 返回 < 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　　　的两个　　　质点间的距离。 (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。 相同 相邻 波峰 波谷 密部 疏部 2.周期T、频率f (1)周期(频率)：在波动中，各个质点的　　　　　　　　叫作波的周期(或频率)。 (2)周期T和频率f的关系：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 　　　　　。 振动周期(或频率) 波源 一个波长λ 3.波速 (1)定义：机械波在　　　中的传播速度。 (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＝＝ 。 介质 介质 不同 λf 　一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示，已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5 s，b和c之间的距离是5 m，以下说法正确的是 A.此列波的波长为2.5 m B.此列波的频率为2 Hz C.此列波的波速为2.5 m/s D.此列波的传播方向为沿x轴正方向传播 例2 √ 由题图可知，b和c之间的距离等于波长，则λ＝5 m，故A错误； 由于质点b的起振时刻比质点a延迟了0.5 s，则波沿x轴正方向传播，而a、b之间的距离等于半个波长，所以振动周期是T＝1 s，频率f＝1 Hz，故B错误，D正确； 波速为v＝λf＝5 m/s，故C错误。 　 (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？ 针对训练1 答案　见解析 如果波是向左传播的，从题图中看出，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，波的速度是多大？波的周期是多大？ 答案　见解析 如果波是向右传播的，从题图中看出，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。 返回 < 三 > 波的传播方向和质点振动方向的判定 1.带动法：后面质点依次重复前面质点的振动。 2.同侧法：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，如图所示。 3.上下坡法：如图所示，沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动，如D、E、F；“下坡”的质点向上振动，如A、B、C。 4.微平移法：如图所示，实线为t时刻的波形图，作出微小时间Δt(Δt<)后的波形如虚线所示，由图可知t时刻的质点P1(P2)经Δt后运动到P1'(P2')处，这样就可以判断质点的运动方向了。 　如图所示是某向右传播的简谐横波在t＝0时刻的图像，由该图像可知 A.振幅是6 cm B.波长是8 m C.周期是8 s D.此时质点A向下振动 例3 振幅是3 cm，A错误； 波长是8 m，B正确； 波的传播速度v未知，则不能求解周期，C错误； 根据“同侧法”可知，此时质点A向上振动，D错误。 √ 　 (多选)如图所示为一列简谐波在某一时刻的波形图，此时刻质点F的振动方向如图所示。则 A.该波向右传播 B.质点B和D的运动方向相同 C.质点C比质点B先回到平衡位置 D.此时质点F和H的加速度相同 针对训练2 √ √ 由“上下坡”法可知，波向左传播，可知质点D的运动方向向下，而质点A、B、H的运动方向向上，质点F、H相对各自平衡位置的位移相同， 由a＝－可知，两质点的加速度相同，因质点C直接从最大位移处回到平衡位置，即tC＝，而质点B要先运动到最大位移处，再回到平衡位置，故tB>＝tC，故C、D正确。 　 一列简谐横波某时刻的波形图如图所示。此后K质点比L质点先回到平衡位置。下列判断正确的是 A.该简谐横波沿x轴负方向传播 B.此时K质点沿y轴正方向运动 C.此时K质点的速度比L质点的小 D.此时K质点的加速度比L质点的小 针对训练3 √ 由题知K质点比L质点先回到平衡位置，则K质点应沿y轴负方向运动，再根据“上下坡法”可知，该波应沿x轴正方向传播，A、B错误； 此时K质点沿y轴负方向运动，而L质点在波谷处，则L质点的速度为0，故此时K质点的速度比L质点的大，C错误； 由于质点在y轴方向上做机械振动，根据F＝－ ky，F＝ma， 结合波的图像可看出此时yL > yK。则此时K质点的加速度比L质点的小，D正确。 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 答案 BD B B A C C (1)2 s　(2)0.8 m/s (3)6 m 题号 8 9 10 11 12 答案 D ACD ACD (1)向上　0.125 m/s　(2)6.8 s　(3)0.85 m C 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点一　波的图像 1.(多选)关于波的图像，下列说法正确的是 A.波的图像反映的是介质中某一质点在某一时刻的位移 B.若已知某一质点在某时刻的振动方向，则可以由波的图像判断出波的 　传播方向 C.从波的图像中能读出质点的振幅和周期 D.在不同时刻波的图像有可能完全相同 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 波的图像表示某一时刻介质中各质点的位移，A错误； 波动是振动的传播，质点的振动方向和波的传播方向可以进行互判，B正确； 从波的图像中可以读出振幅和波长，但是不能读出周期，C错误； 波的图像随时间一直在变化，连续波每隔一个周期波形完全相同，D正确。 2.(2024·丽水市高二月考)一列简谐横波沿x轴正方向传播，某时刻的波形如图所示，A、B、C、D、E、F为介质中的六个质点，则该时刻 A.A的速度最大 B.D正向y轴负方向运动 C.B、E的速度相同 D.C、F的加速度为0 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 由题图可知，质点A在波峰，此时速度最小是零，A错误； 波沿x轴正方向传播，由“上下坡法”可知，D正向y轴负方向运动，B正确； B、E都在平衡位置，速度最大，即两质点的速度大小相等，由“上下坡法”可知，B质点向y轴正方向运动，E质点向y轴负方向运动，即速度方向相反，C错误； C质点在波谷，F质点在波峰，此时两质点的速度是零，加速度最大，方向相反，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 3.(2024·嘉兴市高二期中)一列简谐波在初始时刻的全部波形如图所示，质点a、b、c、d对应x坐标分别为1 m、1.5 m、3 m、4 m。从此时开始，质点d比质点b先到达波谷。下列说法正确的是 A.波源的起振方向沿y轴向上 B.振动过程中质点a、c动能始终相同 C.波沿x轴负方向传播 D.此时b点加速度沿y轴正方向 √ 质点d比质点b先到达波谷，则此时质点d正在沿y轴向下振动，所以波源的起振方向沿y轴向下，根据“同侧法”可知波沿x轴正方向传播，故A、C错误； 质点a、c的平衡位置之间相差半个波长，振动速度方向总是相反，大小总是相等，所以振动过程中质点a、c动能始终相同，故B正确； 此时b点偏离平衡位置的位移方向为正方向，回复力方向指向平衡位置，所以加速度沿y轴负方向，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 考点二　波长、频率和波速 4.坐标原点处的波源O产生的波向两侧传播，当波源振动频率逐渐增大时，则可能的波形图为 √ 波速由介质决定，波速不变，由公式v＝λf可知，频率变大，波速不变时，波长变小。可知波源O产生两列波向两侧传播，波长逐渐变小，根据波的传播方向和质点振动方向间的关系，可知可能的波形为A项中图，故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 5.平静湖面传播着一列水面波(视为横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动，测得两个小木块每分钟都进行完整的上下运动30次，甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰。这列水面波 A.频率是30 Hz B.波长是3 m C.波速是1 m/s D.周期是0.1 s √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 木块的上下运动反映了木块所在位置水面质点的振动情况，可知波传 播方向上的质点每分钟完成30次全振动，因此其周期为T＝ s＝2 s， 故选项D错误； 频率为f＝＝0.5 Hz，故选项A错误； 又因为甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，所以3 m＝ λ，解得波长λ＝2 m，故选项B错误； 根据波长、波速、周期间的关系可知，这列水面波的波速为v＝＝1 m/s， 故选项C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 6.(2024·温州市高二期中)沿x轴正方向传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40 m/s，则t ＝ s时 A.质点M的位移为负值 B.质点M的速度方向与位移方向相同 C.质点M的加速度方向与速度方向相同 D.质点M的加速度方向与位移方向相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 根据图像可知波长为4 m， 则该波的周期为T＝＝0.1 s，可知t＝ s＝T， 根据“同侧法”可知， t＝0时刻质点M的速度方向向上， 所以t＝ s时M的位移为正值， 速度方向向下，为负值，A、B错误； 做简谐运动的质点加速度方向与位移方向始终相反， 故t＝ s时M的加速度方向向下， 与速度方向相同，C正确，D错误。 7.(2024·宁波效实中学高二期中)平衡位置位于原点O的波源发出简谐横波在均匀介质中沿x轴正方向传播，A、B为x轴上的两个点。波源从t＝0时刻开始做简谐运动，其振动方程为y＝8sin πt(cm)。波源第一次到达波峰时，波刚好传到A点，如图所示(B点未画出)，已知O与A之间的距离L1＝0.4 m。此后再经过时间t＝8 s，平衡位置在B处的质点第一次处于波峰位置。求： (1)该波的周期T； 答案　2 s 由振动方程可知ω＝π rad/s，所以T＝＝2 s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 (2)该波的传播速度v； 答案　0.8 m/s 由题意可得A到O的距离L1＝λ 可得λ＝4L1＝1.6 m，波的传播速度v＝＝0.8 m/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 (3)A、B之间的距离L2。 答案　6 m O到B的距离L＝vt＝6.4 m，所以A、B间距离为L2＝L－L1＝6 m。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 8.(2024·嘉兴市第五高级中学高二月考)一列简谐波在均匀介质中沿直线向右以大小为v的速度传播，图中上半部分所示的各质点的平衡位置在同一直线上，间距相等，以质点1从平衡位置开始竖直向上运动为起始时刻，经过时间t，前13个质点第一次形成如图下半部分所示波形图，则相邻两质点平衡位置的间距d为 A. B. C. D. 能力综合练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 由题可知质点13此时在平衡位置竖直向下振动， 则t＝T+T＝2T，解得T＝t 则波长λ＝vT＝vt 由题图可知12d＝λ，解得d＝λ＝vt 故选D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 9.(多选)(2024·浙江省高二期末)一列简谐横波沿x轴正向传播，t＝0时刻，波刚好传播到坐标原点O点处，且O点处的质点从平衡位置开始向下振动，平衡位置在x＝2 m处的质点a比O点处质点的振动滞后0.5 s，t＝2 s时，质点a刚好第一次到达波峰，通过的路程为6 cm，质点b的平衡位置在x＝8 m处，则下列说法正确的是 A.x＝2 m处的质点起振的方向向下 B.坐标原点O处的质点振幅为3 cm C.波的传播速度为4 m/s D.质点b比质点a振动滞后1.5 s √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 所有质点的起振方向相同，由于原点处质点起振方向向下，因此x＝2 m处的质点起振的方向向下，故A正确； 由于平衡位置在x＝2 m处的质点a比O点处质点的振动滞后0.5 s，因此 波从O点传播到a点所用时间为0.5 s，波传播速度v＝ m/s＝4 m/s， 故C正确； 由于质点a在1.5 s内振动了T，因此波动周期T＝2 s，质点a刚好第一次 到达波峰，通过的路程为6 cm，则质点a振动的振幅为2 cm，那么坐标原点O处的质点振幅为2 cm，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 波从a传播到b所用时间t'＝＝1.5 s，因此质点b比质点a振动滞后1.5 s，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 10.(多选)(2024·浙江省高二期中)如图所示为一列沿着x轴负方向传播的简谐横波在某时刻的波形图，此时质点a的位移大小为20 cm，质点b的平 衡位置离原点的距离为λ(λ为波长)。经过0.1 s(T>1 s)质点b回到平衡位 置，则 A.周期为1.2 s B.波速为0.3 m/s C.当b回到平衡位置后，再经过0.2 s，a回到平衡位置 D.从波形图所示时刻开始计时，0.6 s内质点b通过的路程为0.4 m √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 波沿x轴负方向传播，经过0.1 s质点b回到平衡位置，则波向左传播Δx ＝ m，则波速v＝ m/s＝ m/s，周期T＝＝1.2 s，A正确， B错误； 当a回到平衡位置时经过的时间t'＝＝0.3 s，当b回到平衡位置后，再经 过0.2 s，a回到平衡位置，C正确； 从波形图所示时刻开始计时，0.6 s＝0.5T内质点b通过的路程为2A＝0.4 m，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 11.(2024·舟山市普陀中学高二期中)如图所示，老师在讲授机械波时利用横波演示器产生一列向右传播的横波，波源在左侧，图示t1＝0时刻恰好形成半个波长，波传播到了P点，波源和P点距离为10 cm，每个质点偏离平衡位置的最大距离为5 cm。Q点位于P点右侧50 cm处，在t2＝2 s时刻P点刚好第二次出现波峰，求： (1)波源的起振方向及波速； 答案　向上　0.125 m/s 由题图可知，由于波向右传播，且波恰好传播到P点， 根据“同侧法”可知，P点处质点开始向上振动， 即波源的起振方向向上， 且＝10 cm＝0.1 m，则λ＝0.2 m。 由于2 s时P点刚好第二次出现波峰， 则有2 s＝+T，所以T＝1.6 s， 所以v＝＝0.125 m/s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 (2)Q点第二次出现波谷的时刻； 答案　6.8 s 设波从P传播到Q点的时间为t0， 则t0＝ s＝4 s， 所以Q点第二次出现波谷的时刻为t＝t0+T+T＝6.8 s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 (3)从0时刻到Q点第二次出现波谷过程中，点P处质点经过的路程。 答案　0.85 m 由于6.8 s＝4T 所以点P处质点经过的路程为s＝4×4A＝17A＝17×5 cm＝0.85 m。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 12.一列简谐波沿x轴方向传播，t＝0时刻的波形图如图所示，此后质点N比质点M提前0.4 s回到平衡位置。下列说法正确的是 A.简谐波沿x轴正方向传播 B.简谐波的振幅为5 cm C.简谐波的波速为10 m/s D.t＝0.8 s时，质点M的位移为－5 cm √ 尖子生选练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 因质点N比质点M提前0.4 s回到平衡位置，可知N点振动方向向下，则简谐波沿x轴负方向传播，选项A错误； 由y＝Asin x(cm)，当x＝1 m时y＝5 cm，代入可得5＝Asin ，解得简 谐波的振幅为A＝10 cm，选项B错误； 由题意可知＝0.4 s，可得T＝1.2 s，则简谐波的波速为v＝ m/s＝ 10 m/s，选项C正确； 质点M的振动方程为y＝Asin(t+) cm＝10sin(t+) cm，则t＝0.8 s时，质点M的位移为y＝10sin(×0.8+) cm＝－10 cm，选项D错误。 返回 本课结束 第 三 章 $