《2018-2019高中物理 第12章 機械波 12.3 波長、頻率和波速課件 新人教版選修3-4.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019高中物理 第12章 機械波 12.3 波長、頻率和波速課件 新人教版選修3-4.ppt（63頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、3 波長、頻率和波速,【自主預習】 1.波長: (1)定義:在波動中,_________總是相同的兩個_________ 間的距離,用物理符號表示。 (2)特征:在橫波中,兩個_________或兩個_________之間 的距離等于波長。在縱波中,兩個_________或兩個_____ _____之間的距離等于波長。,振動相位,相鄰質點,相鄰波峰,相鄰波谷,相鄰密部,相鄰,疏部,,2.探究周期、頻率和波長: (1)周期和頻率: 概念:波的周期(頻率)等于波上各質點的_________ (振動頻率),周期用符號__表示,頻率用符號__表示。 規(guī)律:在波動中,各個質點的振動周期(或頻率)均由 _
2、____決定,并且均相同,它們都_____波源的振動周期 (或頻率)。,振動周期,T,f,波源,等于,,關系:周期T和頻率f互為_____,即_____。 時空關系:在一個周期內,振動在介質中傳播的距離 等于_________。,倒數(shù),一個波長,,(2)波速: 定義:機械波在介質中傳播的速度。波速等于波長和 周期的_____。 定義式:v=__,它又等于波長和頻率的_____,公式為 v=____。 決定因素:機械波在介質中的傳播速度由_________ 的性質決定。在不同的介質中,波速一般不同。另外, 波速還與_____有關。,比值,乘積,f,介質本身,溫度,,【預習小測】 1.聲波在鋼軌中
3、傳播的速度遠大于在空氣中傳播的速度,則當聲音由鋼軌傳到空氣中時() A.頻率變小,波長變大 B.波長變小,頻率變大 C.頻率不變,波長變大 D.頻率不變,波長變小,,【解析】選D。波在不同介質中傳播時,頻率保持不變。由v=f可知,若v減小,則減小,D正確。,,2.對公式v=f的理解,以下說法中正確的是() A.由v=f可知,波速與頻率成正比 B.波速v由介質決定,頻率f由波源決定 C.v=f適用于橫波,不適用于縱波 D.不同頻率的聲音在空氣中傳播時速度可能不同,,【解析】選B。機械波在介質中的傳播速度由介質決定,與振源的頻率無關,而頻率由振源決定,故B正確,A、D錯誤;v=f適用于任何機械波在
4、介質中傳播的波速計算,故C錯誤。,,3.如圖所示,位于介質和分界面上的波源S,產生兩 列分別沿x軸負方向與正方向傳播的機械波。若在兩種 介質中波的頻率及傳播速度分別為f1、f2和v1、v2,則 (),,A.f1=2f2,v1=v2B.f1=f2,v1=0.5v2 C.f1=f2,v1=2v2D.f1=0.5f2,v1=v2 【解析】選C。因兩列波的波源都是S,所以它們的周期和頻率都相同,即T1=T2,f1=f2,由波速公式v= 得 則v1=2v2,C對。,主題一波長 【互動探究】 利用波動演示器,觀察各質點的振動情況和波的傳播情況,并思考以下問題:,,(1)O與D的振
5、動情況有何關系?O與H呢? 提示:O與D、H在任何時刻的振動情況(即位移和速度)總是相同的,即振動步調完全一致,或者說振動相位總是相同的。,,(2)圖中哪段的距離表示一個波長? 提示:線段OD、DH、BF各表示一個波長,A和E、C和G兩點間的水平距離表示一個波長。 (3)A與C的振動相位有何關系?A與G的呢? 提示:A與C、G的振動相位總是相反的。,,(4)在波的傳播方向上,相隔距離為波長整數(shù)倍的質點振動情況有什么特點?相隔距離為半波長奇數(shù)倍的質點振動情況又怎樣? 提示:相隔距離為波長整數(shù)倍的質點振動情況完全相同,這樣的點稱為同相點;相隔距離為半波長奇數(shù)倍的質點振動情況完全相反,稱為反相點。,
6、,【探究總結】 1.對波長與半波長的理解: (1)波長定義中的“總是”和“相鄰”兩個詞的理解:“總是”指每時刻,“相鄰”指最近。 (2)在波的圖象中,無論從什么位置開始,一個完整的正(余)弦曲線對應的水平距離為一個波長。,,(3)在波的傳播方向上,相距波長整數(shù)倍的兩質點的振動情況總是相同,相距半個波長奇數(shù)倍的兩質點振動情況總是相反。 (4)在波的圖象中,對平衡位置的位移總相等的兩個相鄰質點間的距離叫波長。但不能說對平衡位置的位移總相反的兩個相鄰質點間的距離叫半波長,因為這個距離是不斷變化的,應改為“平衡位置間的距離”。,,2.波長的三種確定方法: (1)根據(jù)定義來確定: 在波動中,振動相位總是
7、相同的兩個相鄰質點間的距離等于一個波長。 波在一個周期內傳播的距離等于一個波長。,(2)根據(jù)波的圖象來確定: 在波的圖象上,振動位移總是相同的兩個相鄰質點間的距離為一個波長。 在波的圖象上,運動狀態(tài)總是相同的兩個相鄰質點間的距離為一個波長。 在波的圖象上,兩個相鄰波峰(或波谷)間的距離為一個波長。 (3)根據(jù)公式=vT來確定。,,【典例示范】 (多選)如圖所示是一列簡諧波在某一時刻的波形圖象。下列說法中正確的是(),,A.質點A、C、E、G、I在振動過程中位移總是相同 B.質點B、F在振動過程中位移總是相同 C.質點D、H的平衡位置間的距離是一個波長 D.質點A、I在振動過程中位移總是相同,它
8、們的平衡位置間的距離是一個波長,,【解題指南】解答本題應注意以下兩點: (1)在波的圖象上相鄰兩個波峰(或波谷)之間的距離是一個波長。 (2)兩個相鄰的振動位移總是相等的質點間距離是一個波長。,,【解析】選B、C。從題圖中可以看出質點A、C、E、 G、I在該時刻的位移都是零,由于波的傳播方向是向右 的,容易判斷出質點A、E、I的速度方向是向下的,而質 點C、G的速度方向是向上的,因而這五個點的位移不總 是相同,A錯誤;質點B、F是處在相鄰的兩個波峰的點, 它們的振動步調完全相同,在振動過程中位移總是相 同,B正確;質點D、H是處在相鄰的兩個波谷的點,它們,的平衡位置之間的距離等于一個波長,C正
9、確;雖然質點A、I在振動過程中位移總是相同,振動步調也完全相同,但由于它們不是相鄰的振動步調完全相同的兩個質點,它們的平衡位置之間的距離不是一個波長(應為兩個波長),D錯誤。,,【探究訓練】 1.(2018廣州高二檢測)下列說法正確的是() A.當機械波從一種介質進入另一種介質時,保持不變的物理量是波長 B.傳播一列簡諧波的同一種介質中各質點具有相同的周期和振幅,,C.由波在均勻介質中的傳播速度公式v=f,可知頻率越高,波速越大 D.在波的傳播方向上,相距半波長的整數(shù)倍的兩質點的振動完全相同,,【解析】選B。當機械波從一種介質進入另一種介質時,頻率保持不變,波速發(fā)生變化,因而波長也發(fā)生變化,A
10、錯誤;一列簡諧波在同一均勻介質中傳播時,各質點都在做完全相同的振動,只是振動開始的時刻不同,所以它們有相同的周期和振幅,B正確;波速是由介質決定的,不會因頻率升高而使波速變大,C錯誤;當兩質點相距半波長的奇數(shù)倍時振動完全相反,故D項錯誤。,,2.(2018成都高二檢測)一列橫波沿繩傳播,M、N是繩上相距2.5 m的兩點,當?shù)谝粋€波峰到達M點時開始計時,在14s末時第八個波峰恰好到達M點,這時第三個波峰到達N點,求該波的波長。,,【解析】由波的傳播求解波的有關問題,根據(jù)波的傳播特點來分析質點的振動情況,當?shù)谝粋€波峰到達M點時開始計時,第八個波峰傳到M點時,M點已發(fā)生了7次全振動,在這段時間內,N
11、點完成了2次全振動,顯然N點比M點少發(fā)生7-2=5次全振動,所以MN之間的距離為5個波長。故有5=2.5m,解得=0.5m。 答案:0.5m,,【補償訓練】 1.(多選)關于波長,下列說法正確的是() A.在一個周期內振動在介質中傳播的距離等于波長 B.在一個周期內某個質點所走過的路程等于波長 C.在波的傳播方向上位移始終相同的相鄰兩質點間的距離等于波長 D.在波的傳播方向上振動速度始終相同的相鄰兩質點間的距離等于波長,,【解析】選A、C、D。在波動中,對平衡位置的位移總是相同的兩個相鄰質點間的距離叫作波長,故A、C正確;在波傳播中,質點只是上下振動,故B錯誤;在波的傳播方向上速度始終相同的相
12、鄰兩質點間的距離等于波長,故D正確。,,2.(多選)下列等于一個波長的是() A.在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的相鄰的兩個質點間的距離 B.橫波的圖象中,波峰與波峰間的距離或波谷與波谷間的距離 C.縱波的圖象中,相鄰的兩個密部(或疏部)之間的距離 D.一個正弦(或余弦)波形的曲線長,,【解析】選A、C。在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的相鄰的兩個質點的振動步調完全相同,故根據(jù)波長的定義可知,這兩個質點間的距離為一個波長,A正確;橫波的圖象中,相鄰的兩個波峰與波峰間的距離或波谷與波谷間的距離為一個波長,縱波的圖象中,相鄰的兩個密部(或疏部)之間的距離等于一個波長,故B錯誤、C正確;波
13、長與正弦(或余弦)波形的曲線長不同,D錯誤。,,主題二探究周期、頻率、波速 【互動探究】 如圖所示為一列簡諧波的圖象,結合圖象思考回答下列問題:,,(1)質點A振動的周期(或頻率)跟波的周期(或頻率)有什么關系? 提示:相等。波的周期(或頻率)等于質點振動的周期(或頻率)。,,(2)在一個周期內A質點通過的路程是否為一個波長?為什么? 提示:不是。因為波在傳播時,介質中的質點都在平衡位置附近振動,不隨波的傳播而遷移,一個周期內質點通過的路程為振幅的四倍,而不是一個波長。,,(3)一個周期內波傳播的距離是多少? 提示:在一個周期內,振動在介質中傳播的距離等于一個波長。 (4)有人認為:“由公式v
14、=f知,波的頻率越高,波速越大?！边@種說法正確嗎? 提示:不正確。機械波的傳播速度只與介質本身和溫度有關,與波的頻率無關。,,【探究總結】 波速、頻率、波長的關系及決定因素 (1)周期和頻率只取決于波源,而與v無直接關系。 (2)波速v由介質的物理性質決定,與T、無直接關系,只要介質不變,波速v就不變。 (3)對于一列波其波長、波速v、周期(或頻率)的關系不會變化,始終是v= =f,即波長由波源和介質共同決定。,,【典例示范】 如圖所示,實線為某時刻的一列簡諧橫波的波形圖,經過0.2s其波形第一次變?yōu)閳D中虛線所示,試求該波的傳播速度。,,【解題指南】解答本題應注意以下兩點: (1)由波形圖可直
15、接讀出波長。 (2)波的傳播有雙向性。,,【解析】若波向左傳播, =0.2s,T=0.8s;=24cm v= = 若波向右傳播, =24cm 答案:0.3m/s或0.9 m/s,,【探究訓練】 1.(多選)在均勻介質 中坐標原點O處有一波源做簡諧運動, 其表達式為 它在介質中形成 的簡諧橫波沿x軸正方向傳播,某時刻波剛好傳播到x=12m處,波形圖象如圖所示,則(),,A.此后再經6s該波傳播到x=24m處 B.M點在此后第3s末的振動方向沿y軸正方向 C.波源開始振動時的運動方向沿y軸負方向 D.此后M點第一次到達y=-3m處所需時間是2 s,,【解析】選A、B。波的周期T= =4
16、 s,波長=8m,波 速v= =2m/s,則再經過6s,波傳播的距離為x=vt=12m, 故該波傳到x=24m處,選項A正確;M點在此時振動方向向 下,則第3秒末,即經過了0.75T,該點的振動方向沿y軸 正向,選項B正確;因波傳到x=12m處時,質點向y軸正向 振動,故波源開始振動時的運動方向沿y軸正方向,選項,,C錯誤;題圖中M點振動方向沿y軸負方向,M點第一次到達y=-3m位置所需要的時間小于半個周期,即小于2s,選項D錯誤。,2.(2018南開區(qū)高二檢測)一列簡諧橫波沿x軸傳播,t=0時刻的波形如圖甲所示,此時質點P正沿y軸負方向運動,其振動圖象如圖乙所示,則該波的傳播方向和波速分別是
17、(),,A.沿x軸負方向,60m/s B.沿x軸正方向,60m/s C.沿x軸負方向,30m/s D.沿x軸正方向,30m/s,,【解析】選A。根據(jù)波的形成和傳播規(guī)律可知,波沿x軸 負方向傳播,排除選項B、D;根據(jù)圖甲可知波長=24m, 根據(jù)圖乙可知周期T=(0.55-0.15)s=0.40s,則波速v= =60m/s,選項A對、C錯。,,3.(2018青島高二檢測)如圖所示,一列簡諧橫波在均勻介質中傳播,振幅為2cm,某時刻P、Q兩質點的位移均為1cm,且P、Q之間只有兩個波峰和一個波谷。再過0.5s,P質點第一次到達平衡位置,試求這列簡諧橫波的波速。,,【解析】P、Q之間只有兩個波峰和一個
18、波谷,P、Q兩點一定是位于相鄰的兩個波峰的兩側,如圖:,若波向右傳播,由振動方程:y=Asint 解得P從平衡位置到該位置所用時間:t= 需要再經過 才能第一次到達平衡位置,所以: =0.5s 所以:T=6s; P、Q之間的距離:L= 代入數(shù)據(jù)得:=60m 得:v=,同理,向左傳播時,由振動方程:y=Asint 得從平衡位置到該位置所用時間:t= 需要經過 才能第一次到達平衡位置,所以: =0.5s T=1.2s 代入數(shù)據(jù)解得:v= =50m/s 答案:若波向右傳播,這列簡諧橫波的波速是10m/s;若波向左傳播,這列簡諧橫波的波速是50 m/s,,【補償訓練】 1.(多選)關于波的頻
19、率,下列說法正確的是() A.波的頻率由波源決定,與介質無關 B.波的頻率與波速無直接關系 C.波由一種介質傳到另一種介質時,頻率要發(fā)生變化 D.由公式f= 可知,頻率與波速成正比,與波長成反比,,【解析】選A、B。波的頻率等于振源的頻率,與介質無關,與波速無關,故A、B正確。,,2.一列沿x軸正向傳播的簡諧橫波,當波傳到O點時開始計時,7.0s時剛好傳到x=3.5m處,如圖所示。由此可以判定() A.該波的振動周期為7.0 s B.波源的起振方向向上 C.該波的波速為0.5 m/s D.再經過1.0s,x=2m處質點剛好處在波谷位置,,【解析】選C。由波動圖象知, T=7.0s,故T=4.0
20、s,A錯。 由波的最前端質點將向下振動知,波源的起振方向向下, B錯。由波動圖象知=2m,故v= =0.5m/s,C對。再經 1.0 s即 T,x=2m處質點剛好處在平衡位置,D錯。,3.一列橫波的波源在坐標原點O處,經過0.6s振動從O處向右傳播30cm,如圖所示。P點到O點的距離是90cm。 (1)求這列波的波長與周期。 (2)從此時刻開始計時,經多長時間質點P第二次到達波峰?,,【解析】(1)由圖可得=20cm=0.2 m T=t=0.6s,得T=0.4s,,(2)v= =0.5m/s 波從A傳到P處: 再經 第二次到達波峰 則t=t1+t2=1.7s 答案:(1)0.2m0.4 s(2)1.7s,,【通法悟道】 1.求波速的方法: (1)利用v= =f。 (2)利用v= ,其中x為波在t時間內沿波傳播方向傳播的距離。,,2.波的多解問題的解題思路: 一般采用從特殊到一般的思維方法,即找出一個周期內滿足條件的關系t或x。 (1)若此關系為時間,則t=nT+t(n=0、1、2、3)。 (2)若此關系為距離,則x=n+x(n=0、1、2、3)。,【課堂小結】,
2018-2019高中物理 第12章 機械波 12.3 波長、頻率和波速課件 新人教版選修3-4.ppt
