新高中物理 第十二章 3波长、频率和波速课件 新人教版选修34.ppt

第十二章 机械波 学案3波长 频率和波速 目标定位 1 理解波长的含义 能从波的图象中求出波长 2 知道波传播的周期和频率 理解波的周期和频率与质点振动的周期和频率的关系 3 会用公式v f解答实际的波动问题 4 掌握波在传播过程中的周期性和双向性 知识探究 自我检测 一 波长 周期和频率 问题设计 学习了波的图象之后 甲同学认为两波峰间或两波谷间的距离就是一个波长 乙同学认为相邻波峰与波谷间的距离为一个波长 而丙同学认为相邻波峰与波谷间的距离应为半个波长 你认为他们的想法对吗 为什么 知识探究 答案他们的想法都不对 波具有周期性 波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离是波长的整数倍 只有限定相邻波峰间或相邻波谷间的距离才是一个波长 所以甲不对 相邻波峰与波谷之间平衡位置间的距离刚好是半个波长 所以在波峰与波谷的两个质点 即使峰谷相邻 一个质点在平衡位置的正方向上 一个在负方向上 它们的距离是大于半个波长的 所以乙 丙的想法不对 要点提炼 1 波长 1 在波动中 振动相位总是相同的两个质点间的距离 叫做波长 通常用 表示 2 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 相邻 相邻波峰 相邻波谷 相邻密部 相邻疏部 3 相距一个 或整数倍个 波长的两个质点在任何时刻振动状态都 4 波长反映了波的周期性 相同 空间 2 周期 t 和频率 f 1 介质中各个质点振动的周期或频率是相同的 都等于波源的振动周期或频率 波的周期 频率 由决定 2 一个周期内波在介质中传播的距离等于 3 周期反映了波的周期性 波源 一个波长 时间 延伸思考 振动相位总是相同 的含义是什么 答案任何时刻相位都是相同的 即任何时刻振动情况 即位移和速度等 总是相同的 即振动步调完全一致 二 波速 问题设计 游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的 这说明什么 当波从一种介质进入另一种介质时波速是否改变 阅读课本内容 0 时几种介质中的声速v m s 1 说明波速与什么有关 答案说明波由一种介质进入另一种介质时 频率不变 波速会改变 波速与介质有关 要点提炼 1 波速 1 定义 波在介质中的速度 2 定义式 v 2 波长 频率和波速的决定因素 1 波速由介质决定 与波的频率 波长无关 2 周期和频率取决于波源 而与v 无直接关系 传播 f 3 波长由和共同决定 波从一种介质传播到另一种介质 波的频率不变 由于波速的变化 波长也将随之变化 3 造成波动问题多解的主要因素 1 周期性 时间周期性 时间间隔 t与周期t的关系不明确 空间周期性 波传播距离 x与波长 的关系不明确 波速 频率 2 双向性 传播方向双向性 波的传播方向不确定 振动方向双向性 质点振动方向不确定 延伸思考 波速就是质点振动速度吗 答案波速是振动形式向外传播的速度 始终沿传播方向 在同一介质中波速不变 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 所以波速不是质点的振动速度 典例精析 一 对波长 周期 频率和波速的理解 例1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均匀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项错误 一列简谐波在同一种均匀介质中传播时 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项正确 波速是由介质决定的 不会因频率升高而变大 c项错误 当两质点相距半波长的奇数倍时振动情况完全相反 d项错误 答案b 例2一振动周期为t 振幅为a 位于x 0点的波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐振动 该波源产生的一列简谐横波沿x轴正向传播 波速为v 传播过程中无能量损失 一段时间后 该振动传播至某质点p 关于质点p振动的说法正确的是 a 振幅一定为ab 周期一定为tc 速度的最大值一定为v d 开始振动的方向沿y轴向上或向下取决于它离波源的距离e 若p点与波源距离s vt 则同一时刻质点p的位移与波源的位移相同 解析因传播过程中无能量损失 则质点p的振幅与波源的振幅相同 a项正确 机械波中各个质点振动的周期与波源振动的周期相同 b项正确 机械波的波速与质点的振速是两个不同的概念 c项错误 质点p起振的方向与波源起振的方向相同 沿y轴正方向 d项错误 由机械波空间与时间上的周期性可知 e项正确 答案abe 二 波的多解性 例3一列横波在x轴上传播 t1 0和t2 0 005s时的波形如图1中的实线和虚线所示 图1 1 设周期大于 t2 t1 求波速 2 设周期小于 t2 t1 并且波速为6000m s 求波的传播方向 解析当波传播时间小于周期时 波沿传播方向前进的距离小于一个波长 当波传播时间大于周期时 波沿传播方向前进的距离大于一个波长 这时从波形的变化上看出的传播距离加上n个波长才是波实际传播的距离 1 因 t t2 t1 t 所以波传播的距离可以直接由题图读出 若波向右传播 则在0 005s内传播了2m 故波速为v1 400m s 若波向左传播 则在0 005s内传播了6m 故波速为v2 1200m s 2 因 t t2 t1 t 所以波传播的距离大于一个波长 在0 005s内传播的距离为 x v t 6000 0 005m 30m 因此可得波的传播方向沿x轴负方向 答案 1 波向右传播时波速为400m s 波向左传播时波速为1200m s 2 x轴负方向 例4如图2所示 一列简谐波沿一直线向左传播 当直线上某质点a向上运动到达最大位移时 a点右方相距0 15m的b点刚好向下运动到最大位移处 则这列波的波长可能是 a 0 6mb 0 3mc 0 2md 0 1m 图2 解析由题意可知 a b两点的振动方向始终相反 a b间的距离为半波长的奇数倍 即 xab 2n 1 n 0 1 2 解得 n 0 1 2 当n 0时 0 3m 选项b正确 当n 1时 0 1m 选项d正确 波长不可能等于0 6m和0 2m 选项a c错误 答案bd 课堂要点小结 1 2 3 4 1 对波长的理解 关于机械波的波长 下列说法正确的是 a 平衡位置相距一个波长的两个质点运动情况总是相同b 运动情况总是相同的两个质点相距一个波长c 在横波中 两个相邻的波峰间的距离等于一个波长d 在横波中 波峰到相邻的波谷之间的距离等于半个波长 自我检测 1 2 3 4 解析平衡位置相距一个波长的两个质点位移总是相同 加速度也总是相同 速度也总是相同 所以a对 运动情况总是相同的两个质点可能相距一个波长 也可能相距多个波长 b错 在横波中 两个相邻的波峰 或波谷 间的距离等于一个波长 c对 1 2 3 4 在横波中 从波峰到相邻的波谷的连线要大于半个波长 应该说它们的平衡位置间的距离等于半个波长 d错 答案ac 1 2 3 4 2 波长 周期 频率和波速 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 1 2 3 4 解析机械波在传播过程中 振动质点并不随波迁移 只是在各自的平衡位置附近做简谐运动 选项a c错误 机械波可能是横波 也可能是纵波 故振动质点的振动方向不一定垂直于波的传播方向 选项b错误 振动质点的振动是由波源的振动引起的 故振动质点的振动频率等于波源的振动频率 选项d正确 答案d 3 波长 周期 频率和波速 如图3所示 一列简谐横波沿x轴正方向传播 从波传到x 5m的m点时开始计时 已知p点相继出现两个波峰的时间间隔为0 4s 下面说法中正确的是 a 这列波的波长是4mb 这列波的传播速度是10m sc 质点q x 9m 经过0 5s才第一次到达波峰d m点以后各质点开始振动的方向都是向下 1 2 3 4 图3 1 2 3 4 解析从波的图象可以看出波的波长为 4m 选项a正确 1 2 3 4 由波的图象可以看出 m点开始振动的方向向下 说明所有质点开始振动的方向都是向下 选项d正确 答案abd 1 2 3 4 4 波的多解性 一列横波在t 0时刻的波形如图4中实线所示 在t