高中物理 12.3 波长、频率和波速课件 新人教版选修34.ppt

第十二章 机械波 目标定位1 知道波长的含义 能从波的图象中求出波长 2 知道波传播的周期或频率 理解波的周期或频率与质点振动周期或频率的关系 3 知道什么是波速 了解决定波速的因素 4 会用公式v f进行有关计算 5 掌握波在传播过程中的周期性和双向性特点 第3讲波长 频率和波速 一 波长1 定义 在波动中 总是相同的两个质点间的距离 通常用表示 2 在横波中 两个波峰或两个波谷之间的距离等于一个波长 在纵波中 两个密部或两个疏部之间的距离等于一个波长 振动相位 相邻 相邻 相邻 相邻 相邻 二 周期和频率1 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 这个周期或频率也叫做波的周期或频率 2 周期 频率的关系 周期t与频率f互为倒数 即f 相同的 波源 三 波速1 决定因素 机械波在介质中的传播速度由本身的性质决定 2 波速 波长 周期的关系 由于波在一个周期内传播的距离等于一个波长 因此三者之间关系为 v 或v 介质 f 想一想波速就是振动速度吗 答案不是 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 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 一 波长 频率 周期 波速1 周期和频率 只取决于波源 波的周期和频率就是指波源的周期和频率 与v 无任何关系 2 速度v 决定于介质的物理性质 同一种均匀介质 物理性质相同 波在其中传播的速度恒定 3 波长 对于一列波 其波长 波速 周期的关系不会变化 始终是v f 既然v t都由相关因素决定 所以这些因素同时又共同决定了波长 即波长 由波源和介质共同决定 例1关于机械波的频率 波速 波长 下列说法正确的是 a 两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长b 波的频率等于波源的振动频率c 波速等于波源的振动速度d 波由一种介质进入另一种介质 波速和波长都要改变 解析由波长的定义可知 两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长 选项a错误 由波的频率的定义可知选项b正确 波速是波的传播速度 与波源的振动速度不同 选项c错误 波在同一种均匀介质中匀速传播 进入另一种介质时 频率不变 但波速改变 由v 可知波长改变 选项d正确 答案bd 借题发挥波长的定义中要强调 总是相同 的理解 波的频率等于波源的振动频率 波速由介质决定 波长由波源和介质共同决定 针对训练一列简谐横波在某时刻的波形图如图1所示 已知图中质点b的起振时刻比质点a延迟了0 5s b和c之间的距离是5m 以下说法正确的是 a 此列波的波长为2 5mb 此列波的频率为2hzc 此列波的波速为2 5m sd 此列波的传播方向为沿x轴正方向传播 图1 解析相邻两个波峰或者波谷之间的距离就是一个波长 b和c之间的距离就是一个波长即5m a项错 而a和b之间的距离为半个波长 波从a传到b所用时间为半个周期即0 5s 所以周期为1s 频率f 1hz b项错 波速v 5m s c项错 质点b的起振时刻比质点a延迟 说明波是从a向b传播即沿x轴正向 d项对 答案d 二 波的多解问题1 波具有时间和空间的周期性 传播具有双向性 所以关于波的问题更容易出现多解 造成多解的主要因素有 1 时间间隔 t与周期t的关系不明确 2 波的传播距离 x与波长 的关系不明确 3 波的传播方向不确定 2 在解决波的问题时 对题设条件模糊 没有明确说明的物理量 一定设法考虑其所有的可能性 1 质点达到最大位移处 则有正向和负向最大位移两种可能 2 质点由平衡位置开始振动 则有起振方向相反的两种可能 3 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 4 只给出两时刻的波形 则有多次重复出现的可能 例2一列横波在x轴上传播 t1 0和t2 0 005s时的波形如图2中的实线和虚线所示 图2 1 设周期大于 t2 t1 求波速 解析当波传播的时间小于周期时 波沿传播方向前进的距离小于一个波长 当波传播的时间大于周期时 波沿传播方向前进的距离大于波长 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图读出 若波向右传播 则在0 005s内传播了2m 故波速为v 400m s 若波向左传播 则在0 005s内传播了6m 故波速为v 1200m s 答案波向右传播时 v 400m s 波向左传播时 v 1200m s 2 设周期小于 t2 t1 并且波速为6000m s 求波的传播方向 解析因 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 即 x 3 因此 可得波的传播方向沿x轴的负方向 答案x轴负方向 借题发挥解决周期性及双向性带来的多解问题的一般思路如下 1 首先考虑传播方向的双向性 如果题目未说明波的传播方向或没有其他条件暗示 应首先按波传播的可能性进行讨论 2 对设定的传播方向 确定 t和t的关系 一般先确定最简单的情况 即一个周期内的情况 然后在此基础上加nt 3 应注意题目是否有限制条件 如有的题目限制波的传播方向 或限制时间 t大于或小于一个周期等 所以解题时应综合考虑 加强多解意识 认真分析题意 4 空间的周期性和时间的周期性是一致的 实质上是波形平移规律的应用 所以解题时我们可以针对不同题目选择其中一种方法求解 例3如图3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3 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 波长 频率 周期 波速1 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vd 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 若质点p与波源的距离x vt 则质点p的位移与波源的相同f 质点p在一个周期内走过的路程等于一个波长 解析机械波是将波源的振动形式和能量向外传递的过程 对简谐波而言 介质中各振动质点的振幅和周期都与波源的相同 a b正确 质点p的振动速度不是波的传播速度v c错误 质点p开始振动的方向与波源开始振动的方向相同 与它们的距离无关 d错误 若质点p与波源的距离x vt 相差波长 整数倍的质点振动情况都相同 故e正确 质点振动时 一个周期内走过的路程等于振幅的4倍 与波长无关 故f错误 答案abe 2 男女生二重唱中 女高音和男中音的频率 波长和波速分别为f1 1 v1和f2 2 v2 它们之间的关系是 a f1 f2 1 2 v1 v2b f1f2 1f2 再由v f v相同 f1 f2 所以 1 2 因而c正确 d错误 c 波的多解问题3 一列横波在t 0时刻的波形如图4中实线所示 在t 1s时的波形如图中虚线所示 由此可以判定此波的 a 波长一定是4cmb 周期一定是4sc 振幅一定是2cmd 传播速度一定是1cm s 图4 解析解波的图象的题目 一般可分为两类 一类是读图 可以直接从图上读出振幅和波长 此题便可读出波长是4cm 振幅是2cm 故选项a c正确 另一类是根据图象给定的条件 去计算波速 周期 判定波传播的方向 判定某一质点的运动情况及判定某一时刻的波 形图 由题可知nt t 1s n 0 1 2 3 周期有不确定解 因此选项b错误 同理传播速度v 也不确定 选项d错误 答案ac 4 一列简谐横波沿直线由a向b传播 a b相距0 45m 如图5所示是a处质点的振动图象 当a处质点运动到波峰位置时 b处质点刚好到达