高中物理 第12章 機械波 3 波長、頻率和波速課件 新人教版選修3-4.ppt

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3 波長、頻率和波速,填一填,練一練,1.波長、周期和頻率(見課本第29頁) (1)波長λ: ①定義:在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質點間的距離。 ②特征。 ⅰ.在橫波中,兩個相鄰波峰或兩個相鄰波谷之間的距離等于波長。 ⅱ.在縱波中,兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離等于波長。 (2)周期T、頻率f: ①周期(頻率):在波動中,各個質點的振動周期(或頻率)叫波的周期(或頻率)。 ②周期T和頻率f的關系:互為倒數,即 ③波長與周期的關系:經過一個周期,振動在介質中傳播的距離等于一個波長。,,,,,,,,,填一填,練一練,2.波速(見課本第29頁) (1)定義:波速是指波在介質中傳播的速度。 (2)特點: ①機械波在介質中的傳播速度是由介質本身的性質決定的,不同頻率的機械波在相同的介質中傳播速度相等(選填“相等”或“不相等”)。 ②某種機械波從一種介質進入另一種介質,頻率不變,波速改變。 3.波長、頻率和波速之間的關系:,,,,,填一填,練一練,關于機械波的頻率、波速、波長,下列說法正確的是 ( ) A.橫波中相鄰兩個波峰之間的距離,縱波中密部中央和疏部中央之間的距離都是一個波長 B.兩個相鄰的速度相同的介質質點間的距離是一個波長 C.波由一種介質進入另一種介質,波速和波長都要改變 D.機械波在同一種均勻介質中勻速傳播 解析:波長是相鄰的兩個振動情況始終完全相同的質點之間的距離,橫波是相鄰兩個波峰(或波谷)之間的距離,縱波是相鄰的兩個密部中央(或疏部中央)之間的距離,選項A錯誤。某時刻兩質點速度相同,不能保證速度始終相同,選項B錯誤。波在同一種均勻介質中勻速傳播,進入不同介質時,頻率不變,但波速改變,由 可知波長改變,選項C、D正確。 答案:CD,,,探究一,探究二,探究一波長的確定和波長、波速、頻率的理解 問題導引 機械波傳播過程中,波速就是質點的振動速度嗎?,名師精講 1.波長的確定 (1)根據定義確定 ①在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質點間的距離等于一個波長。 ②波在一個周期內傳播的距離等于一個波長。 (2)根據波的圖象確定 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)根據公式λ=vT來確定。,探究一,探究二,探究一,探究二,2.波長、波速和頻率(周期)的決定因素 (1)周期和頻率:只取決于波源,波的周期和頻率總是等于波源的周期和頻率。當波從一種介質進入另一種介質時,波的周期和頻率不變。 (2)波速:決定于介質的物理性質,在同一種均勻介質中,波沿直線勻速傳播。波在不同的介質中傳播時波速一般不同。 (3)波長:波長λ、波速v、周期T的關系是 =λf。既然v、T都由相關因素決定,這些因素同時又共同決定了波長λ,即波長由波源和介質共同決定,也可以說成是波長λ由周期T和波速v共同決定。,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 導學號38190046一列簡諧波在某一時刻的波形如圖所示。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等 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,它們的平衡位置間的距離是一個波長,探究一,探究二,解析:從圖象中可以看出,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沿x軸正方向,則容易判斷出質點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,選項A錯誤;質點B、F是同處在波峰的兩個點,它們的振動步調完全相同,在振動過程中位移總是相等,選項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,選項C正確;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),故選項D錯誤。 答案:BC,,探究一,探究二,變式訓練1 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: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,在一個周期內,振動在介質中的傳播距離等于一個波長,A、C正確;在波傳播過程中,質點只是上下振動,并不隨波遷移,B錯誤;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,D正確。 答案:ACD,,,探究一,探究二,探究二波的多解問題 問題導引 一列橫波沿x軸傳播,在某時刻x軸上相距s的A、B兩點均處于平衡位置,且A、B間只有一個波峰。 (1)試畫出A、B間可能的波形。 (2)若經過時間t,質點B第一次到達波峰,波的速度可以有幾個值?,探究一,探究二,名師精講 由于振動具有周期性,介質中振動的質點會在不同時刻多次達到同一位置,故波在傳播過程中容易出現多解問題。 1.造成波的多解的主要因素 (1)周期性: ①時間周期性:相隔周期整數倍時間的兩個時刻的波形完全相同,時間間隔Δt與周期T的關系不明確造成多解。 ②空間周期性:沿傳播方向上,相隔波長整數倍距離的兩質點的振動情況完全相同,質點間距離Δx與波長λ的關系不明確造成多解。 (2)雙向性: 對給定的波形,波的傳播方向不同,質點的振動方向也不同,反之亦然。 ①傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。 ②振動方向雙向性:質點振動方向不確定。,探究一,探究二,探究一,探究二,2.波動問題的幾種可能性 (1)質點達到最大位移處,則有正向和負向最大位移兩種可能。 (2)質點由平衡位置開始振動,則有起振方向向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 (3)只告訴波速不指明波的傳播方向時,應考慮波沿兩個方向傳播的可能。 (4)只給出兩時刻的波形,則有多次重復出現的可能。,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 一列簡諧橫波圖象如圖所示,t1時刻的波形如圖中實線所示,t2時刻的波形如圖中虛線所示,已知Δt=t2-t1=0.5 s,問: (1)這列波的可能波速的表達式? (2)若波向左傳播,且3TΔt4T,波速多大? (3)若波速v=68 m/s,則波向哪個方向傳播?,點撥:題目中未明確波的傳播方向,首先按波傳播方向的可能性進行討論,再對假設的傳播方向確定Δt和T的關系,要先考慮一個周期內的情況,然后加nT。確定Δx和λ的關系時,也要考慮其周期性。,,探究一,探究二,,探究一,探究二,變式訓練2 導學號38190047 一列簡諧橫波沿直線由a向b傳播,相距21 m的a、b兩處的質點振動圖象如圖中a、b所示,則( ) A.該波的振幅是20 cm B.該波的波長可能是12 m C.該波的波速可能是10 m/s D.該波由a傳播到b最短歷時3.5 s,探究一,探究二,,探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.關于波長的下列說法中正確的是( ) A.機械振動在一個周期內傳播的距離就是一個波長 B.在波形上位移相同的相鄰兩質點之間的距離等于一個波長 C.在波形上速度最大且相同的相鄰兩質點間的距離等于一個波長 D.在波形上振動情況總是相同的兩點間的距離等于一個波長 解析:機械振動的質點在一個周期內向遠處傳播一個完整的波形,故選項A正確;由波形可見,在一個完整波形上,位移相同的相鄰質點之間的距離不一定等于一個波長,故選項B錯誤;速度最大且相同的質點,在波形上是在平衡位置上,如果相鄰,那么正好是一個完整波形的兩個端點,所以選項C正確;振動情況總是相同的兩點間的距離是波長λ的整數倍,故選項D錯誤。 答案:AC,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.下列對波速的理解正確的是( ) A.波速表示振動在介質中傳播的快慢 B.波速表示介質質點振動的快慢 C.波速表示介質質點遷移的快慢 D.波速跟波源振動的快慢無關 解析:波速表示振動在介質中傳播的快慢,它的大小由介質本身的性質決定,與質點的振動速度是兩個不同的概念,與波源的振動快慢無關,選項A、D正確,B錯誤;介質的質點并不隨波遷移,選項C錯誤。 答案:AD,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.介質中有一簡諧機械波正在傳播,下列說法正確的是 ( ) A.介質中質點振動的周期等于波源振動的周期 B.介質中質點振動的速度等于波的傳播速度 C.波的傳播方向與介質中質點振動方向垂直 D.波峰與波谷間的距離一定是質點振幅的兩倍 解析:對簡諧波,質點做簡諧運動,振動的周期等于波源的振動周期,選項A正確;質點振動的速度隨時間做周期性變化,而波的傳播速度在同一種介質中不變,選項B錯誤;只有橫波,波的傳播方向與介質中質點振動方向垂直,選項C錯誤;波峰與波谷間沿振動方向的距離等于質點振幅的兩倍,選項D錯誤。 答案:A,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.如圖甲是一列簡諧橫波在t=20 s時的波形,圖乙是這列波中P點的振動圖線,那么該波的傳播速度和傳播方向是( ) A.v=25 cm/s,向左傳播 B.v=50 cm/s,向左傳播 C.v=25 cm/s,向右傳播 D.v=50 cm/s,向右傳播 解析:由題圖乙知T=2 s。由題圖甲知λ=100 cm。由 cm/s=50 cm/s,選項A、C錯誤;由題圖乙知,2 s末,P點向上振動。根據振動的周期性,可得 20 s 時P點仍向上振動。依據同側法,可判斷波向左傳播,選項B正確,D錯誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導學號38190048(選做題)P、Q是一列簡諧橫波中的兩質點,已知P離振源較近,P、Q兩點的平衡位置相距15 m(小于一個波長),各自的振動圖象如圖所示。此列波的波速為 m/s。 答案:2.5,,,