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

教学目标

（1）能用描点法作出横波的图像，知道图像中横、纵坐标各表示什么物理量，理解波的图像的物理意义；

（2）理解波长、频率和波速的含义，知道它们各由什么因素决定，掌握三者之间的关系并能进行简单计算；

（3）能依据波的传播方向判断各质点的振动方向，或依据质点的振动方向判断波的传播方向，发展科学推理能力；

（4）通过“拍照定格—描点连线”建立波的图像的过程，体会抽象与建模的方法，感受波动知识与“人浪”、声学等生产生活场景的联系，培育物理观念与科学态度。

教学重难点

教学重点：波的图像的物理意义；波长、频率和波速之间的关系。

教学难点：波的图像与振动图像的区别；波的传播方向与质点振动方向之间的关系。

教学准备

PPT课件、长绳、波动演示器、多媒体动画、水波演示水槽。

教学流程设计

一、问题引入

播放演唱会现场视频：看台上万名观众依次起立、举臂再坐下，“人浪”一圈一圈传遍全场，但每位观众都只在自己的座位上原地起伏，并没有随“浪”跑出去。教师再演示：抖动长绳的一端，绳上形成凸凹相间的波沿绳传播。

教师提问：①波在传播时，介质中的质点会随波迁移吗？②同一时刻，绳上不同质点偏离平衡位置的位移都相同吗？③我们能否像给全班同学“拍集体照”那样，把某一时刻所有质点的位移一次性地记录下来？

教师活动：演示并抛出问题链，引导学生回顾上一节机械波的形成过程。

学生活动：观察、讨论，意识到“要描述波，需要同时说清许多质点在同一时刻的运动情况”，产生对新方法的需求。

二、创设情境，探究新知

（一）波的图像

1. 建立坐标系。以横波为例：用横坐标表示在波的传播方向上各质点的平衡位置相对于参考点（常取波源处）的距离；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。

2. 描点连线。把该时刻平衡位置位于、、……的各质点的位移、、……在坐标系中一一描出，再用一条平滑曲线把这些点连接起来，就得到这一时刻波的图像，简称波形图，如图1所示。

图1　某时刻一列简谐横波的波形图

3. 物理意义。波的图像表示某一时刻介质中各个质点偏离平衡位置的位移：曲线上纵坐标最大处为波峰，最小处为波谷；从图像上可以直接读出各质点的位移、波的振幅和波长。

4. 简谐波。如果波源做简谐运动，介质中的各个质点也跟随做简谐运动，所形成的波的图像就是正弦曲线（或余弦曲线），这样的波叫作简谐波。简谐波是最简单、最基本的波。

思考与讨论：波的图像与我们上一章学过的振动图像外形十分相似，它们是一回事吗？请从研究对象、横坐标、物理意义三方面加以比较。

可见，两种图像看似相像，实则完全不同：振动图像是“录像式”的，记录的是一个质点在一段时间内的“个人经历”；波的图像是“照相式”的，拍下的是许多质点在同一瞬间的“集体照”。

（二）波长、频率和波速

1. 波长。在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫作波长，用表示。在横波中，两个相邻波峰（或两个相邻波谷）之间的距离等于一个波长（见图1）；在纵波中，两个相邻密部（或两个相邻疏部）之间的距离等于一个波长。经过一个周期，振动在介质中传播的距离等于一个波长。