高中物理 123波长、频率和波速课件 新人教版选修34.ppt

课前自主导学 当堂双基达标 课堂互动探究 课后知能检测 教学教法分析 教学方案设计 3波长 频率和波速 课标解读1 知道什么是波的波长 能从波的图象中求出波的波长 2 知道什么是波传播的周期 频率 理解周期 频率 与质点振动周期 频率 的关系 3 理解波在传播过程中的特点 4 会用公式v f解答实际的波动问题 教学地位本节课主要学习描述波的三个物理量 波长 频率和波速 是本章的教学重点 也是高考常考的考点之一 新课导入建议同学们游泳时 听笛子独奏 在水面和水中听到的音乐是相同的 为什么呢 你通过本节的学习 将会明白其中的道理 教学流程设计 1 基本知识 1 波长 定义在波动中 总是相同的两个质点间的距离 通常用 表示 振动相位 相邻 特征在横波中 两个或两个之间的距离等于波长 在纵波中 两个或两个之间的距离等于波长 2 周期 频率 规律在波动中 各个质点的振动周期或频率是 它们都等于的振动周期或频率 相邻波峰 相邻波谷 相邻疏部 相邻密部 相同的 波源 决定因素波的周期或频率由的周期或频率决定 时空的对应性在一个周期的时间内 振动在介质中传播的距离等于 波源 一个波长 倒数 2 思考判断 1 两个波峰 或波谷 之间的距离为一个波长 2 两个密部 或疏部 之间的距离为一个波长 3 振动在介质中传播一个波长的时间是一个周期 3 探究交流各质点振动的周期和频率为什么等于波源的周期和频率 提示 根据波的形成原因可知介质中各质点的振动都是在前一质点的带动下的振动 属于受迫振动 所以其振动的周期和频率等于驱动力的周期和频率 也就等于波源的周期和频率 1 基本知识 1 定义 波速是指波在介质中的速度 3 决定因素机械波在介质中的传播速度由的性质决定 在不同的介质中 波速一般 4 决定波长的因素 波长由 和 共同决定 传播 f 介质 不同 波速 频率 2 思考判断 1 不同频率的波在同一种介质中传播 波速不同 2 同一列波从一种介质进入另一介质不变的量是频率 3 波在同一种均匀介质中是匀速向外传播的 3 探究交流波速与振动速度有什么不同 提示 波速是振动形式匀速向外传播的速度 始终沿传播方向 在同一介质中波速不变 质点振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度 大小和方向都随时间做周期性变化 问题导思 1 如何确定波长的大小 2 如何确定波的频率 3 波速与波长和频率关系如何 1 决定因素和关系 2 波长的确定 1 根据定义确定 在波动中 振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长 波在一个周期内传播的距离等于一个波长 2 根据波动图象确定 在波动图象上 振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长 在波动图象上 运动状态 速度 总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长 在波动图象上 两个相邻波峰 或波谷 间的距离为一个波长 3 根据公式 vt来确定 2012 浙江高考 用手握住较长软绳的一端连续上下抖动 形成一列简谐横波 某一时刻的波形如图12 3 1所示 绳上a b两质点均处于波峰位置 下列说法正确的是 a a b两点之间的距离为半个波长b a b两点振动开始时刻相差半个周期c b点完成全振动次数比a点多一次d b点完成全振动次数比a点少一次 审题指导 1 根据波长的定义可确定a b两点间距离的特征 2 根据波的传播方向可确定a b振动的先后关系 解析 波的图象中两个相邻波峰间的距离为一个波长 且振动开始时刻相差一个周期 所以选项a b均错误 质点b开始振动的时刻比质点a晚一个周期 因此质点b完成全振动的次数比质点a少一次 所以选项d正确 选项c错误 答案 d 1 2014 铜川检测 下列说法正确的是 a 当机械波从一种介质进入另一种介质时 保持不变的物理量是波长b 传播一列简谐波的同一种介质中各质点具有相同的周期和振幅c 由波在均匀介质中的传播速度公式v f可知 频率越高 波速越大d 在波的传播方向上 相距半波长的整数倍的两质点的振动情况完全相同 解析 当机械波从一种介质进入另一种介质时 频率保持不变 波速发生变化 因而波长也发生变化 a选项错误 一列简谐波在同一均匀介质中传播时 各质点都在做完全相同的振动 只是振动开始的时刻不同 所以它们有相同的周期和振幅 b选项正确 波速是由介质决定的 不会因频率升高而使波速变大 故c项错 当两质点相距半波长的奇数倍时振动情况完全相反 故d项错 答案 b 问题导思 1 哪些因素会造成波的多解问题 2 如何根据波形变化确定波传播的可能距离 造成波动问题多解的主要因素1 周期性 1 时间周期性 时间间隔 t与周期t的关系不明确 2 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 2 双向性 1 传播方向双向性 波的传播方向不确定 2 振动方向双向性 质点振动方向不确定 由于波动问题的多解性 在解题时一定要考虑其所有的可能性 质点达到最大位移处 则有正向和负向最大位移两种可能 质点由平衡位置开始振动 则有起振方向向上 向下 或向左 向右 的两种可能 只告诉波速不指明波的传播方向 应考虑沿两个方向传播的可能 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能等 解决此类问题时 往往采用从特殊到一般的思维方法 即找到一个周期内满足条件的特例 在此基础上 如知时间关系 则加nt 如知空间关系 则加n 一列简谐横波图象如图12 3 2所示 t1时刻的波形如图中实线所示 t2时刻的波形如图中虚线所示 已知 t t2 t1 0 5s 求 这列波的可能波速的表达式 审题指导 题目中未明确波的传播方向 首先按波传播方向的可能性进行讨论 再对假设的传播方向确定 t和t的关系 要先考虑一个周期内的情况 然后加nt 确定 x和 的关系时 也要考虑其周期性 答案 向右传播时 4 4n 1 m s n 0 1 2 向左传播时 4 4n 3 m s n 0 1 2 波的图象的周期性特点1 质点振动时 每隔一个周期总是重复前面的振动 所以每隔一个周期 波形恢复原波形 则t nt时刻波的图象与t时刻的波形相同 t n 0 5 t n 0 1 2 时刻波的图象与t时刻波形关于x轴对称 2 沿着波的传播方向 每经过一个或几个波长 波形不变 2 2011 山东高考 如图12 3 3所示 一列简谐波沿x轴传播 实线为t1 0时的波形图 此时p质点向y轴负方向运动 虚线为t2 0 01s时的波形图 已知周期t 0 01s 1 波沿x轴 选填 正 或 负 方向传播 2 求波速 答案 1 正 2 100m s 一列机械波沿 x方向传播 t 3 0s时刻的波的图象如图12 3 4中实线所示 已知波速v 1 5m s 试作出t 4 0s时波的图象 审题指导 本题容易出现的问题是将原实线波形向右平移1 5m 只画出了x 1 5m以后的质点组成的波形 出错的原因是认为质点随波迁移了 规范解答 方法一 在t 4 0s时 波向前传播 x v t 1 5 1m 1 5m 所以将t 3 0s时刻的波形向前平移1 5m 得到图中的虚线波形 即是t 4 0s时刻波的图象 答案 见规范解答 绘制某时刻波的图象的两种方法1 平移法根据波在传播过程中每向前传播一个波长的距离 其波形复原 先算出经 t时间波传播的距离 x v t 再将波形沿波的传播方向平移 x即可 因为波动图象的重复性 若知波长 则波形平移n 时波形不变 故当 x n x时 可采取去整 n 留零 x 的方法 只需平移x即可 2 特殊点法在波形上找两特殊点 如过平衡位置的点和与它相邻的峰 谷 先确定这两点的振动方向 再看 t nt t 由于经nt波形不变 所以也采取去整 nt 留零 t 的方法 分别作出两特殊点经t后的位置 然后按正弦规律画出新波形 1 多选 关于波长的下列说法中正确的是 a 机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长b 在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长c 在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长d 在波形图上振动情况总是相同的两质点间的距离等于一个波长 解析 机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形 故a项正确 由波形图可见 在一个完整波形上 位移相同的相邻质点之间的距离不一定等于一个波长 故b项错误 速度最大且相同的质点 在波形图上是在平衡位置上 如果相邻 那么正好是一个完整波形的两个端点 所以c项正确 振动情况总是相同的两质点间的距离是波长 的整数倍 故d项错误 答案 ac 2 2011 北京高考 介质中有一列简谐机械波传播 对于其中某个振动质点 a 它的振动速度等于波的传播速度b 它的振动方向一定垂直于波的传播方向c 它在一个周期内走过的路程等于一个波长d 它的振动频率等于波源的振动频率 解析 简谐机械波介质中的各质点都做简谐运动 其速度按照正弦或余弦规律变化 与波的传播速度是两码事 a错误 横波中质点的振动方向垂直于波的传播方向 而纵波中质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上 b错误 简谐机械波介质中的各质点一个周期内走过的路程等于四个振幅 而波一个周期内传播的距离等于一个波长 c错误 机械波介质中的各质点做简谐运动的频率相等 都等于波源的振动频率 所以d正确 答案 d 3 多选 如图12 3 5所示是一列简谐波在某一时刻的波形图象 下列说法中正确的是 a 质点a c e g i在振动过程中位移总是相同b 质点b f在振动过程中位移总是相同c 质点d h的平衡位置间的距离是一个波长d 质点a i在振动过程中位移总是相同 它们的平衡位置间的距离是一个波长 解析 从题图中可以看出质点a c e g i在该时刻的位移都是零 由于波的传播方向是向右的 容易判断出质点a e i的速度方向是向下的 而质点c g的速度方向是向上的 因而这五个点的位移不总是相同 a错误 质点b f是处在相邻的两个波峰的点 它们的振动步调完全相同 在振动过程中位移总是相同 b正确 质点d h是处在相邻的两个波谷的点 它们的平衡位置之间的距离等于一个波长 c正确 虽然质点a i在振动过程中位移总是相同 振动步调也完全相同 但由于它们不是相邻的振动步调完全相同的两个点 它们的平衡位置之间的距离不是一个波长 应为两个波长 d错误 答案 bc 4 一列简谐波在两时刻的波形如图12 3 6中实线和虚线所示 由图可