人教版物理选修3-4第十二章机械波第三节

第十二章,3波长、频率和波速,学习目标1.理解波长、频率和波速的物理意义，能从波的图象中求出波长.2.理解波的周期、频率与质点振动周期和频率的关系.3.理解波长、频率和波速之间的关系，并会进行有关计算.4.会处理由波的双向性和周期性引起的多解问题.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、波长、周期和频率,一列向右传播的机械波的图象如图1所示.,答案,(1)1和9、2和10、3和11这两个点的振动有什么共同的特点？,答案它们的振动是完全相同的，只是后一质点比前一质点晚振动一个周期,图1,答案,(2)1和9、2和10、3和11这两个点的平衡位置的距离是否相等？,答案相等,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.(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.,相邻,相邻波峰,相邻波谷,相邻密部,相邻疏部,相同,空间,2.周期T和频率f(1)在波动中各个质点的振动周期或频率是相同的，它们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,判断下列说法的正误.(1)在波的传播方向上位移始终相同的两质点间的距离等于波长.()(2)在波的传播方向上振动速度始终相同的相邻两质点间的距离等于波长.()(3)当波源运动到平衡位置时，振动的振幅减小为零.()(4)波的频率由介质决定.(),二、波速与波长、频率的关系,一列向右传播的机械波的图象如图2所示，当振源1开始振动一个周期时，质点9刚好要开始振动.,答案,(1)再过一个周期，波将传播到哪个质点？画出一个周期后的波形图.,图2,答案再过一个周期，波将传播到质点17.,答案,(2)经过一个周期，波传播了多大的距离？怎样计算波传播的速度？,答案经过一个周期，波传播了一个波长.v.,1.定义：波速是指波在传播的速度.2.特点：(1)机械波在介质中的传播速度是由介质本身的性质决定的，同频率的机械波在不同的介质中传播速度(填“相等”或“不相等”).(2)某种机械波从一种介质进入另一种介质，频率，波速.,介质中,不相等,不变,改变,3.波长、频率(周期)和波速之间的关系：vf.4.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.(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.,波速,频率,判断下列说法的正误.(1)声波由空气进入水中传播时，波速增大了，根据vf可知，频率变大.()(2)机械波的频率越大，传播速度越大.()(3)声波在空气中传播的速度与波的频率无关.()(4)相同频率的波在不同介质中传播的速度是相同的.()(5)根据v可知，机械波的波长越长，周期越小，波速越大.(),题型探究,一、波长的概念,波长的三种确定方法1.根据定义确定：(1)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.(2)波在一个周期内传播的距离等于一个波长.2.根据波的图象确定：(1)在波的图象上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长.(2)在波的图象上，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.(3)在波的图象上，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.,例1(多选)如图3所示是一列简谐波在某一时刻的波形图，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等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,答案,图3,解析从题图可以看出质点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，因而这五个质点的位移不总是相同，A错误；质点B、F是同处在波峰的两个点，它们的振动步调完全相同，在振动过程中位移总是相等，B正确；质点D、H是同处在相邻的两个波谷的质点，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而是两个波长，D错误.,1.在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长.波速与周期、频率的关系为：vf.2.波的周期和频率由波源决定，与v、无关，当波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不发生改变.3.波速由介质的物理性质决定，在同一种均匀介质中波速不变.,二、波速与波长、周期、频率的关系,例2(多选)一列简谐横波在t0时的波形图如图4所示.介质中x2m处的质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为y10sin(5t)cm.关于这列简谐波，下列说法正确的是A.周期为4sB.振幅为20cmC.传播方向沿x轴正向D.传播速度为10m/s,解析,答案,图4,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，波恢复原波形，则tnT时刻波的图象与t时刻的波形相同，t(n0.5)T时刻波的图象与t时刻波形关于x轴对称.(2)沿波的传播方向，每经过一个或几个波长，波形不变.,三、波的多解性,例3(多选)一列简谐横波沿x轴传播，a、b为x轴上的两质点，平衡位置分别为x0，xxb(xb0).a点的振动规律如图5所示.已知波速为v10m/s，在t0.1s时b的位移为0.05m，则下列判断可能正确的是A.波沿x轴正向传播，xb0.5mB.波沿x轴正向传播，xb1.5mC.波沿x轴负向传播，xb2.5mD.波沿x轴负向传播，xb3.5m,解析,答案,图5,解析由a点振动图象可知，振动周期T0.2s，所以vT100.2m2m；由题意可知在t0.1s时，a向上振动，b在最大位移处，这时如果波沿x轴正向传播，根据“同侧法”，a、b之间的距离为(n)(n0,1,2,3)，所以xb(n)(2n1.5)m(n0,1,2,3)，A错，B对；这时如果波沿x轴负向传播，根据“同侧法”，a、b之间的距离为(n)(n0,1,2,3)，所以xb(n)(2n0.5)m(n0,1,2,3)，C对，D错.,例4一列横波在x轴上传播，t10和t20.005s时的波形如图6中的实线和虚线所示.(1)设波的周期大于(t2t1)，求波速；,解析,答案,图6,答案波向右传播时波速为400m/s；波向左传播时波速为1200m/s,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.因t1t2t1T，所以波传播的距离大于一个波长，在0.005s内传播的距离为xvt260000.005m30m.而，即x3.因此可得波的传播方向为沿x轴负方向.,达标检测,1.(多选)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,答案,1,2,3,4,解析,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；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.,1,2,3,4,2.周期为2.0s的简谐横波沿x轴传播，该波在某时刻的图象如图7所示，此时质点P沿y轴负方向运动，则该波A.沿x轴正方向传播，波速v20m/sB.沿x轴正方向传播，波速v10m/sC.沿x轴负方向传播，波速v20m/sD.沿x轴负方向传播，波速v10m/s,1,2,3,4,图7,解析,答案,解析已知P点的运动方向为沿y轴负方向，可知波沿x轴正方向传播；由题目中波的图象可知20m，又T2.0s，则波速v10m/s.故B选项正确.,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,3.如图8为一列在均匀介质中传播的简谐横波在t4s时刻的波形图，此刻x8m处的质点恰好开始振动，若已知波源在坐标原点O处，波速为2m/s，则A.振源O开始振动时的方向沿y轴正方向B.P点振幅比Q点振幅小C.再经过t4s，质点P将向右移动8mD.再经过t4s，质点Q通过的路程是0.4m,图8,1,2,3,4,解析波向x轴正方向传播，此刻x8m处的质点恰好开始振动，其振动方向向下，可知波源开始振动时的方向向下，故A错误.参与波动的各个质点均做简谐振动，振动形式同波源质点完全一致，所以P点和Q点振幅相同，故B错误.P点所做的是简谐运动，并不会随波向右运动，故C错误.,4.(多选)一列横波在t