3.2 波的描述(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册配套课件（人教版）

2 波的描述 1 学习任务一 波的图像 学习任务二 振动方向与波的传播方向的互判 学习任务三 波长、频率和波速的关系 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 2 学习任务一 波的图像 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. 1.波的图像的画法 (1) 建立坐标系，描点 用横坐标表示在波的传播方向上各质点的__________，纵坐标 表示某一时刻各 质点____________________.得到一系列坐标为，，， 的点. 平衡位置 偏离平衡位置的位移 (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_____ ___. 平滑 波的图像 波形图 学习任务一 3 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______. 正弦曲线 简谐运动 相同 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 某一时刻 各个时刻 学习任务一 4 例1 [2026·吉林一中高二月考] 一列横波沿 轴正方 向传播,某时刻的波形图如图所示,波的周期为 ，则 坐标为的质点经过 后的坐标是( ) A. B. C. D. [解析] 波沿轴正方向传播,则坐标为的质点振动方向沿 轴正方向,经过 后到达正方向最大位移处,即坐标为 ，选项A正确. √ 学习任务一 5 变式 一列沿轴正方向传播的简谐横波在时刻的波形图如图所示， 时平衡位置在处的质点第一次到达波谷，则平衡位置在 处 的质点 第一次到达波峰的时刻为( ) A. B. C. D. √ 学习任务一 6 [解析] 由题意可知，当时，平衡位置在处的质点 第一次到达 波谷，结合题图可知，从到这一秒的时间，处的波形传播到了 处， 有，解得，由题意可知在时刻，质点 在波谷，第一次 到达波峰，即处的波形传播到处，，所以质点 第一次到达波峰 的时刻为 ，故选C. 学习任务一 7 学习任务二 振动方向与波的传播方向的互判 ［科学思维］ 波的传播方向与质点振动方向的互判方法 方法 内容 图像 “质点带 动”法 前一质点依次带动后一质点延迟振 动，点前方的质点带动 向上振 动 学习任务二 8 方法 内容 图像 “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” 续表 学习任务二 9 方法 内容 图像 “同侧” 法 在波的图像上某一点处沿竖直方向 画一个箭头表示质点的运动方向,并 在同一点处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 续表 学习任务二 10 方法 内容 图像 “微平 移”法 将原波形(实线)沿波的传播方向平 移一段微小距离(不超过四分之一 波长)后形成新波形(虚线),则从实线 的位置沿 轴指向虚线的位置表示 原波形中质点的运动方向 续表 学习任务二 11 例2 一列简谐横波某时刻的波形图如图所示.此后 质点比 质点先回到平衡位置.下列判断正确的是( ) A.该简谐横波沿轴负方向传播 B.此时质点沿 轴正方向运动 C.此时质点的速度比质点的小 D.此时质点的加速度比 质点的小 [解析] 由题知质点比质点先回到平衡位置，则 质点应向下振，再根据上坡 下、下坡上可知，该波应沿轴正方向传播，A、B错误；由A、B选项可知 质 点应向下振，而质点在波谷处，则质点的速度为0，故此时质点的速度比 质点的大，C错误；由于质点在竖直方向做机械振动，根据， ， 结合波图像可看出，则此时质点的加速度比 质点的小，D正确. √ 学习任务二 12 例3 [2025·陕西西安高二期中] 手持软绳的一端 点在竖直方向上做简谐运动， 带动绳上的其他质点振动，形成沿绳水平传播的简谐波，、 为绳上的两点. 时点由平衡位置出发开始振动，时刻点刚要开始振动，此时绳上 间形成如图所示的波形点之后未画出 .下列说法正确的是( ) A. 点的起振方向向上 B. 点在向右运动 C.时刻 点运动方向向上 D.时刻 点刚好完成1次全振动 √ 学习任务二 13 [解析] 因为时刻点刚要开始振动，此时的状态与 点刚起振时的状态相同， 由于波的传播方向是从到，根据“同侧法”可知，点的起振方向向上，即 点的起振方向向上，故A正确； 点在平衡位置上下振动，不会随波迁移，故B 错误；由于波的传播方向是从到，根据“同侧法”可知，时刻 点运动方向 向下，故C错误；根据图像可知，时刻 点振动了半个周期，还未完成1次全振 动，故D错误. 学习任务二 14 例4 (多选)[2026·浙江宁波中学高二月考] 一列横波某时刻的波形如图所示，经 过图中点第一次到达波峰的位置，此后再经， 点的位移和速度可 能是( ) A.位移是 B.位移是 C.速度最大，方向沿 方向 D.速度最大，方向沿 方向 √ √ 学习任务二 15 [解析] 如果此波向左传播，根据波形图平移法可知此时 点运动方向向上，经 ，点第一次到达波峰，此时经过，此后再经，即， 点到达 平衡位置并向上运动，即点位移为0，速度最大，方向沿 方向；如果此波向 右传播，根据波形图平移法可知此时 点向下运动，经 ，点第一次到达波峰，此时经过 ，此后再经 ，即再经3个后， 点到达平衡位置并向下运动， 即点位移为0，速度最大，方向沿 方向，故选C、D. 学习任务二 16 学习任务三 波长、频率和波速的关系 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. (1) 波长 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. 相邻 ② 特征 .在横波中，两个相邻______或两个相邻______之间的距离等于波长. .在纵波中，两个相邻______或两个相邻______之间的距离等于波长. 波峰 波谷 密部 疏部 学习任务三 17 (2) 周期、频率 ① 周期(或频率) 在波动中，各个质点的_________________也叫作波的周期 (或频率). ② 周期和频率的关系：互为______，即 . ③ 波长与周期的关系：经过___________，振动在介质中传播的距离等于一个 波长 . 振动周期(或频率) 倒数 一个周期 学习任务三 18 (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： ____. 介质中 介质 不同 ④声速还与温度有关. 学习任务三 19 例5 某同学用音频发生器产生两个特定频率音调和 ，其振动图像 分别为如图甲和图乙所示，下列说法正确的是( ) 学习任务三 20 A.和的周期之比约为 B.和的频率之比约为 C.和在空气中传播的波长之比约为 D.和在空气中传播的速度大小之比约为 √ 学习任务三 21 [解析] 的周期，的周期，可知和 的周期之比约 为，A错误；公式，所以和的频率之比约为，B错误；和 在空气中传播的速度大小相同，D错误；由公式，可得和 在空气中 传播的波长之比约为 ，C正确. 学习任务三 22 例6 [2026·河北邯郸高二期中] 如图所示，简谐横波上有、、、 四个质点， 图示时刻、位于平衡位置，二者相距为，在波谷，该波的波速为 . 此时 向下振动，则( ) A.该简谐波向右传播 B.点振动频率为 C.图示时刻，点运动速度大小一定为 D.简谐波在、两点之间传播时间为 √ 学习任务三 23 [解析] 此时 向下振动，根据“上下坡法”可知，波是向左传播的，故A错误；由 图可知，这列波的波长为 ，波的周期为 ，频率为 ，故B错误；振动速度和传播速度不 同，点运动速度大小不一定为，故C错误；此波在， 两点之间传播所 需时间为 ，故D正确. 学习任务三 24 【要点总结】 1.波长的确定方法 定义法 振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离 图像法 横波中两个相邻波峰(波谷)间的距离 公式法 根据公式 2.波的三要素的决定因素 (1)波的周期和频率由波源决定,与传播波的介质无关. (2)波速由介质本身的性质决定,与波的周期、波长无直接关系.在同一种均匀介 质中波速大小保持不变. (3)波长由波速和频率 决定. 学习任务三 25 1.(波的图像)[2026·河北石家庄一中高二 月考] 一列简谐横波沿 轴正向传播， 传到点时波形如图所示.再经， 点开始振动，则该波的振幅和频率 为 ( ) A. B. C. D. [解析] 由题图知，，，经， 点开始振动，波速 ，所以频率 ，故C正确. √ 随 堂 巩 固 26 2.(波的传播方向与振动方向的互判)如图所示为一列沿 轴负方向传播的简谐横 波在某一时刻的图像,下列说法中正确的是( ) A.该时刻质点和 质点的位移相同,加速度方向相 反 B.该时刻质点和 质点的位移相同,速度方向也相同 C.质点比 质点先回到平衡位置 D.质点比 质点先回到平衡位置 √ 随 堂 巩 固 27 [解析] 该时刻、两质点位移相同,加速度相同,而、 两质点位移相同,速度方 向相反,A、B错误.根据“上坡下、下坡上”可以判断，、两质点沿 轴正方向运 动,、两质点沿轴负方向运动,所以比先回到平衡位置,比 先回到平衡位 置,C错误,D正确. 随 堂 巩 固 28 3.(波长、频率和波速的关系)[2026·陕西西安铁一高二月考] 一列简谐横波在某 时刻的波形图如图所示，已知图中质点的起振时刻比质点延迟了，和 之间的距离是 ，下列说法正确的是( ) A.此列波的波长为 B.此列波的波速为 C.此列波的频率为 D.此时质点正沿 轴正方向运动 √ 随 堂 巩 固 29 [解析] 相邻两个波峰或者波谷之间的距离就是一个波长，所以和 之间的距离 就是一个波长，即，A错误；质点的起振时刻比质点延迟了 ，说 明波是向轴正方向传播的，质点正沿轴负方向运动，和 平衡位置之间的 距离是半个波长，故，此列波的频率为 ，此列波的波速为 ，B正确，C、D错误. 随 堂 巩 固 30 课后习题 31 知识点一 波的图像 1.如图所示为一列沿轴正向传播的简谐横波在 时刻的图像，位于坐标原点的振源振动周期为 .以 下说法正确的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 32 A.质点 的振幅为0 B.波的波长为 C.经过，质点沿轴正向移动 D.在时刻，质量相等的质点、 所受的回复力 大小之比为 [解析] 图示时刻质点的位移为0，但其振幅为 ，故A错误；由图像可知， 波长为，故B错误；简谐横波沿轴正向传播时，质点 只在自己平衡位置附 近上下振动，并不向前移动，故C错误；根据简谐运动的特征 可知，在 时刻，质点、所受的回复力大小之比为 ，故D正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 33 2.[2026·安徽芜湖一中高二月考] 一列沿 轴正方向传播的简谐横波,某时刻波的 图像如图所示.下列判断正确的是( ) A.这列波的周期为 B.此时质点的速度比 质点的小 C.此时质点的加速度比 质点的小 D.此后质点比 质点先回到平衡位置 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 34 [解析] 由题已知得不出周期,故A错误;由图可知,此时质点在平衡位置,速度比 质点的大,故B错误;由图可知,点在平衡位置,回复力为0, 点不在平衡位置,回复 力不为0,则此时质点的加速度比质点的小,故C正确;由图可知, 点半个周期后 回到平衡位置,而点向下振动,不需要半个周期就可以回到平衡位置,则此后 质 点比 质点后回到平衡位置,故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 35 知识点二 振动方向与波的传播方向的互判 3.如图所示为一列简谐横波在某一时刻的波形图，已知质点 在此时刻的振动方 向如图中箭头所示，则以下说法中不正确的是( ) A.波向左传播 B.波向右传播 C.质点向上振动 D.质点 向上振动 [解析] 质点 向下振动，根据同侧法可知，波向左传播，选项A正确，B错误； 因波向左传播，则质点向上振动，质点 向上振动，选项C、D正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 36 4.(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 的振动方向如图所示.则( ) A.该波向右传播 B.质点和 的运动方向相同 C.质点比质点 先回到平衡位置 D.此时质点和 的加速度相同 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 37 [解析] 由“上下坡法”可知，波只有向左传播，此时刻质点 的运动方向才向下， 同理，质点的运动方向也向下，而质点、、 的运动方向向上，A、B错误； 质点、相对各自平衡位置的位移相同，由 可知，两质点的加速度相 同，D正确；因质点直接从最大位移处回到平衡位置，而质点 要先运动到最 大位移处，再回到平衡位置，故质点比质点 先回到平衡位置，C正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 38 5.(多选)[2026·湖南长沙一中高二月考] 如图为一列简谐 横波在某时刻的波形图，已知图中质点 的起振时刻比 质点超前了 ，则以下说法正确的是( ) A.这列波沿轴负方向传播 B.该时刻质点正沿 轴正方向运动 C.这列波的频率为 D.这列波的波速为 [解析] 质点起振比质点早，可知波沿 轴负方向传播，故A正确；根据平移法 可知，该时刻质点正沿轴负方向运动，故B错误；质点的起振时刻比质点 超前了，由题图可知周期是，所以这列波的频率为 ，故C错 误；由题图可知波长，波速 ，故D正确. √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 39 知识点三 波长、波速和频率 6.[2026·广东省实验中学高二月考] 学校科技活动节中一位同学手持较长软绳端 点以周期在竖直方向上做简谐运动实验，形成沿水平方向传播的绳波， 开 始振动时刻记为，经过后该波传播到 处，如图所示，则 ( ) A.该简谐波传播频率为 B.如果提高振动频率，该简谐波在绳中的传播速度 不变 C.再经过后，绳上质点又经过的路程为 D.当质点运动到波谷时，质点向 轴负方向运动 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 40 [解析] 经过该列波传播到，则 ，所以 ，故A错误；波传播的速度只与介质有关，与频率无关， 故B正确；时质点 不在平衡位置或位移最大处，只有从平衡位置或最大 位置处开始计时，经过质点经过的路程才等于一个振幅 ，故C错误；根据波 的传播和质点的振动特点可知，当质点 运动到波 谷时，质点沿 轴正方向运动，故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 41 7.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 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 B.波长是 C.波速是 D.周期是 [解析] 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 ，故选项D 错误；频率为 ，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 ，解得波长为 ，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 ， 故选项C正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 42 8.[2026·江苏常州一中高二月考] 如图所示为某时刻沿 轴 正方向传播的简谐横波图像，该时刻波传到 点，则( ) A.点的起振方向沿 轴负方向 B.此时质点、 的加速度方向相反 C.之后极短时间内质点 的速度变大 D.经过半个周期，质点传到质点 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 43 [解析] 根据“同侧法”可知点的起振方向沿 轴负方向,因为所有质点的起振方向 均相同，所以点的起振方向沿轴负方向，故A正确；质点、 的回复力均指 向平衡位置，所以质点、 的加速度方向相同，故B错误；根据“同侧法”可知 质点正在沿 轴正方向振动，速度越来越小，故C错误；质点不能传播，只能 在平衡位置附近振动，故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 44 9.(多选)[2026·陕西西安高新第一中学高二月考] “甩绳”运动可以提升健身者的 爆发力、心肺耐力等，如图甲所示，两根相同的绳子一端固定，健身者双手分 别握住绳子的另一端，两臂上下交替抖动，绳子在竖直面内分别形成波形.如图 乙所示，开始时健身者抖动端和端，产生的波Ⅰ、Ⅱ恰好分别传到点和 点， 已知、到固定点距离为，点到固定点距离为 ，每秒完成上下抖动3 次，波Ⅰ、Ⅱ可视为简谐波，则不正确的是( ) A.波Ⅰ的传播速度为 B.波Ⅰ比波Ⅱ先到达固定端 C.波Ⅰ的起振方向竖直向上，且与波Ⅱ的起振方 向相反 D.从开始振动到如图时刻，质点与 的振动方 向始终相反 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 45 [解析] 设波Ⅰ的波长和频率分别为和，由题意知 ， ，又因为，求得 ，故A错误；波速由介质决定， 所以两列波的波速相等，所以同时到达固定端，故B错误；波的起振方向与波 的最前沿质点的起振方向相同，由题图可知，点起振方向向上， 点起振方向 向下，所以，波Ⅰ的起振方向竖直向上，且与波Ⅱ的起振方向相反，故C正确；两 列波的波速、波长和周期都相等，如题图时刻，质点与 都处于平衡位置且运 动方向相反，所以振动步调相反，故D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 46 10.[2026·重庆南开中学高二月考] 一列简谐横波以速度沿 轴正方向 传播，时刻的波形图如图所示，介质中平衡位置在坐标原点的质点 在 时刻的位移 ，下列说法正确的是( ) A.在时刻，质点沿 轴负方向运动 B.该波的波长为 C.该波的传播周期为 D.时间内，质点通过的路程为 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 47 [解析] 根据“上坡下、下坡上”可得出，质点沿 轴负方向运动，A正确；根据 波图像可写出波动方程为，代入点和 ， 可得，，B错误；根据波速与周期公式有 ，C错误； 由于，则质点运动的路程为 ，D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 48 11.(10分)一列横波沿 轴正方向传播， 波速，图是 时刻的波形. (1) (4分)请用带箭头的线段在图中标出 此时刻、、 三点的振动方向； [答案] 如图所示 [解析] 波沿 轴正方向传播，根据微平 移法可知，此时刻、、 三点的振动 方向如图所示 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 49 (2) (6分)用虚线在图中画出 时刻的波形. [答案] 如图中虚线所示 [解析] 时刻，波向右传播 ，波形如图中虚线所示 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 50 12.(10分)[2026·四川成都七中高二月考] 一列沿 轴 正方向传播的简谐横波，在 时刻的波形如图所 示，质点此时的位移为，振幅为， 质点再经过 第一次到达波峰，求： 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 51 (1) (3分)质点的位移与时间 的函数关系； [答案] [解析] 波沿轴正方向传播，根据同侧法可知，时刻质点向上振动；设 质点的位移与时间的函数关系为 把，，代入解得 把，，代入解得 所以质点的位移与时间 的函数关系为 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 52 (2) (3分)该简谐波的波速； [答案] [解析] 由题图可知波长为，周期为 则该简谐波的波速为 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 53 (3) (4分) 时， 处质点的位移. [答案] [解析] 由题图可知时刻，处质点从平衡位置向下振动，则 处质点的振动方程为 时， 处质点的位移为 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 54 $