3.2 波的描述 教学设计- 2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

《2. 波的描述》教学设计

一、教学内容分析

1.本节课的主要教学内容：本节课选自高中物理人教版（2019）选择性必修第一册第二章第2节。教材以横波为例，沿两条主线展开：一是波的图像，把某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移在直角坐标系中逐点描出，再用平滑曲线连接，得到这一时刻的波形图，并在此基础上引出简谐波（正弦波）的概念；二是波长、周期（频率）和波速这三个描述波的特性的物理量，以及三者之间的关系。两条主线共同构成了"图像法"与"物理量法"相结合的波的描述体系。

2.教学内容与学生已有知识的联系：学生在此前一节课中已经学习了波的形成和传播，知道介质中各个质点在波源的带动下依次振动；在必修阶段已经掌握了用x-t图像描述质点运动的方法，本章第1节又认识了简谐运动及其振动图像。本节课把"一个质点在一段时间内的振动图像"推广为"同一时刻空间中各个质点的波形图"，是图像法从时间维度向空间维度的一次迁移，也为后续学习波的其他传播现象和特性奠定基础。

二、核心素养目标

物理观念：理解波的图像的物理意义，知道波形图表示的是某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移；建立波长、周期（频率）和波速的概念，理解波在空间上和时间上的周期性。

科学思维：通过对比波形图与振动图像的异同，学会辨析两种图像、从图像中获取波的信息；经历用平移法推断下一时刻波形的过程，体会"波形随时间匀速平移"的物理图景。

科学探究：围绕"如何用图像描述一列波"的问题，经历"提出问题—建立坐标系—描点连线—得出图像"的探究过程，提高根据现象建立模型的能力。

科学态度与责任：能在日常生活中发现水波、声波等与波有关的现象，乐于运用所学知识解释相关现象，感受物理与生活的密切联系。

三、教学重点、难点

教学重点：理解波的图像的意义；理解波长、周期（频率）和波速的物理意义，掌握三者之间的关系并能进行简单的计算。

教学难点：区分波的图像与振动图像的物理意义，明确两种图像横坐标所表示的物理量不同；会用"上下坡法"判断波的传播方向与质点振动方向的关系。

四、学情分析

在知识层面，学生通过上一节"波的形成"的学习，已经知道介质中各质点的振动都滞后于波源、前一质点带动后一质点，并且具备用图像描述单个质点运动的经验；但"同一时刻空间各点位移分布"的空间图像对学生来说仍然陌生，容易把波形图与振动图像混为一谈。

在能力层面，学生已具备一定的观察和实验能力，但对动态波形的想象与推理能力较弱，特别是根据波的传播方向判断质点振动方向这类需要空间想象的问题。因此，本节课宜借助水波情境照片、波形逐次平移的演示等直观手段，引导学生把空间图像与时间图像对照起来学习，逐步提高抽象思维和综合分析的能力。

五、教学方法与策略

1.教学方法：采用情境导入与探究讲授相结合的方法。先以滴水激起的水波创设情境，提出"能否用图像描述一列波"的问题；再以横波为例，引导学生逐点描出各质点的位移形成波形图；随后将波形图与振动图像对照辨析，突破两种图像横轴含义不同的难点；最后结合波形的匀速平移，建立波长、周期（频率）和波速的关系。

2.教学媒体使用：利用多媒体投影展示水波照片和波形平移的动画，配合黑板板书规范画出波形图；在关键环节安排学生动手画图，落实"看图—画图—用图"的训练。

六、教学过程设计

（一）新课引入（5分钟）

1.情境展示：向平静的水面上滴一滴水，水面上便形成一列向外传播的水波（如图1所示）。

图1  滴水激起的水波

2.提出问题：观察水波可以发现，波在空间上和时间上都具有周期性。我们能否像描述质点的运动那样，用图像来描述一列波？如果能，坐标轴应该表示什么物理量？

3.引导思考：过去我们研究的是单个质点的运动，用x-t图像可以很方便地描述质点在任意时刻的位移；而波是大量质点的运动，同一时刻各个质点的位移各不相同，不便再用x-t图像描述。由此引出本节课的任务：以横波为例，研究波的图像。

设计意图：以常见的水波情境引发认知冲突，让学生带着"用图像描述波"的任务进入新课。

（二）讲授新课（12分钟）

1.波的图像（6分钟）

（1）建立坐标系：用横坐标x表示波的传播方向上介质中各质点的平衡位置，用纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。规定位移方向向上为正、向下为负。

（2）描点连线：把这一时刻各个质点的位移逐点画在Oxy坐标平面内，得到一系列点（x，y），用平滑曲线把这些点连接起来，就得到这一时刻波的图像，也称波形图。

（3）简谐波：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。可以证明，介质中有正弦波传播时，介质的各个质点都在做简谐运动。

（4）波的传播方向与质点振动方向的判断：沿波的传播方向看，"上坡路段"上的各质点都向下振动，"下坡路段"上的各质点都向上振动，简称"上坡下、下坡上"（如图2所示）。