《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(wǎng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi),振動在介質(zhì)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(zhì)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(zhì)中的傳播速度由_________ 的性質(zhì)決定。在不同的介質(zhì)中,波速一般不同。另外, 波速還與_____有關。,比值,乘積,f,介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)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(zhì)中傳播的波速計算,故C錯誤。,,3.如圖所示,位于介質(zhì)和分界面上的波源S,產(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(diào)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(zhì)點振動情況有什么特點?相隔距離為半波長奇數(shù)倍的質(zhì)點振動情況又怎樣? 提示:相隔距離為波長整數(shù)倍的質(zhì)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(zhì)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(zhì)點的振動情況總是相同,相距半個波長奇數(shù)倍的兩質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)點間的距離等于一個波長。 波在一個周期內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)點A、C、E、G、I在振動過程中位移總是相同 B.質(zhì)點B、F在振動過程中位移總是相同 C.質(zhì)點D、H的平衡位置間的距離是一個波長 D.質(zhì)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(zhì)點間距離是一個波長。,,【解析】選B、C。從題圖中可以看出質(zhì)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(zhì)點A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì) 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(zhì)點B、F是處在相鄰的兩個波峰的點, 它們的振動步調(diào)完全相同,在振動過程中位移總是相 同,B正確;質(zhì)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(zhì)點A、I在振動過程中位移總是相同,振動步調(diào)也完全相同,但由于它們不是相鄰的振動步調(diào)完全相同的兩個質(zhì)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(zhì)進入另一種介質(zhì)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(zhì)中各質(zhì)點具有相同的周期和振幅,,C.由波在均勻介質(zhì)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(zhì)點的振動完全相同,,【解析】選B。當機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)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(zhì)中傳播時,各質(zhì)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(zhì)決定的,不會因頻率升高而使波速變大,C錯誤;當兩質(zhì)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(zhì)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(nèi),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(nèi)振動在介質(zhì)中傳播的距離等于波長 B.在一個周期內(nèi)某個質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)點間的距離叫作波長,故A、C正確;在波傳播中,質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)點的振動步調(diào)完全相同,故根據(jù)波長的定義可知,這兩個質(zhì)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(zhì)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(zhì)點振動的周期(或頻率)。,,(2)在一個周期內(nèi)A質(zhì)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(zhì)中的質(zhì)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(nèi)質(zhì)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(nèi)波傳播的距離是多少? 提示:在一個周期內(nèi),振動在介質(zhì)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。”這種說法正確嗎? 提示:不正確。機械波的傳播速度只與介質(zhì)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(zhì)的物理性質(zhì)決定,與T、無直接關系,只要介質(zhì)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(zhì)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(jīng)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(zhì) 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(zhì)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)中傳播,振幅為2cm,某時刻P、Q兩質(zhì)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(zhì)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(jīng)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(jīng)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(zhì)無關 B.波的頻率與波速無直接關系 C.波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)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(zhì)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(jīng)過1.0s,x=2m處質(zhì)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(zhì)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(jīng) 1.0 s即 T,x=2m處質(zhì)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(jīng)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(jīng)多長時間質(zhì)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(jīng) 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(nèi)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(nèi)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
