高中物理人教版选修3-4课件：12.3波长、频率和波速

1、-1-3 3.波长、频率和波速-2-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航1.知道波长、频率和波速的概念,了解它们的决定因素,能在波的图象中求出波长。2.理解波源振动周期、各质点振动周期与波的周期(频率)的关系。3.知道波速的物理意义,理解波长、周期(频率)和波速之间的关系,能初步利用这一关系进行有关分析与计算。-3-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航1.波长在波动中,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,叫作波长,通

2、常用表示。在横波中,两相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长。在纵波中,两相邻密部(或疏部)之间的距离等于波长。在波形中,bd间距、am间距是一个波长吗?为什么?哪两点之间距离是一个波长?提示:bd间距不是一个波长,因为它们的位移并不“总是相同”;am间距也不是一个波长,因为它们“不相邻”;ah、bi、cj、ek、gl、hm间距都是一个波长。-4-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航2.频率(f)和周期(T)(1)定义:波上各质点的振动频率f(或周期T)就叫作波的频率f(或周期T)。(3)时空关系:在一个周

3、期的时间内,振动在介质中传播的距离等于一个波长。(4)决定因素:波的频率和周期由波源决定,在传播过程中,只要波源的振动频率和周期一定,则无论在什么介质中传播,波的频率都不变。在波动中,介质中各质点的振动频率或周期与波源的振动频率或周期有什么关系?为什么?提示:相等。因为在波动中,介质中各质点都是在波源的带动下做受迫振动。-5-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航3.波速(1)定义:波传播的速度叫波速,波在均匀介质中是匀速传播的。(3)决定因素:机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定,在不同的介质中,波

4、速一般不同。有同学说,波的周期就等于介质中质点的振动周期,波的传播速度就等于介质中质点的振动速度,这种说法对吗?为什么?提示:波的周期就等于质点的振动周期说法正确;波的传播速度就等于质点的振动速度说法错误。比如在同一均匀介质中传播的简谐波波速大小保持不变,而介质中的质点在各自的平衡位置附近做简谐运动,速度变化。-6-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三一、波长、波速、频率的决定因素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。当波从一种介质进入另一种介质时,波源

5、没变,波的周期和频率不会发生变化。所以说周期和频率由波源决定。2.波速v:由介质的物理性质决定,同一均匀介质,物理性质相同,波在其中传播的速度恒定。所以说波速由介质决定。-7-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三特别警示(1)机械波的波速只与传播介质的性质有关。不同频率的同类机械波在相同的介质中传播时速度相等;同频率的横波和纵波在相同介质中传播速度不相同。(2)波在同一均匀介质中匀速向前传播,波速v是不变的;而质点的振动是变加速运动,振动速度随时间变化。-8-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI

6、知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三二、应用波的图象和关系式确定波长1.波的图象在波的图象上,振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离,即为波长。“总是”和“相邻”是两个关键词,“总是”是指每时每刻。凡是平衡位置相隔波长整数倍的质点,它的位移、速度、加速度等物理量总是相同,振动同相。凡是平衡位置相隔半个波长的奇数倍的质点,它的位移、速度、加速度等物理量总是等大反向,振动反相。-9-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三三、波在传播过程中的周期性和双向性空

7、间周期性:沿波的传播方向上,相隔n(n为自然数)个波长的质点振动的步调是完全相同的。时间周期性:机械波在一个周期内不同时刻图象的形状是不同的,但在相隔时间为周期的整数倍的不同时刻,波形图线是完全相同的。波的空间周期性与时间周期性统称为波的周期性。当题目中没有给定波传播的时间t与周期T的关系或没有给定波的传播距离x与波长的关系时,机械波的这种时间周期性和空间周期性必然导致波的传播时间、速度和距离等物理量有多个值与之对应,即产生多解。这三个物理量的关系可分别表示为传播距离的周期性:x=n+x,传播时间的周期性:t=nT+t,-10-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITO

8、UXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三-11-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四波的图象反映出的物理信息【例1】 如图所示,一列简谐波在某一时刻的波形。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点拨:本题主要考查波长的概念及对概念的理解。-12-3.波长、频率和波速ZHISHI

9、SHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四解析: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沿x轴正方向,则容易判断出质点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项错误;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项正确;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项正确;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

10、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),故D项错误。答案:BC-13-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四题后反思在理解波长的概念时,要注意切不可把“在振动中位移总是相等的质点”与“在振动中某一时刻位移相等”混为一谈,另外还要注意“相邻”这一关键词,不要把波长的概念理解为“两个在振动中位移总是相等的质点间的距离”。-14-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二

11、类型三类型四波长、波速和频率的关系【例2】 从甲地向乙地发出频率为50 Hz的声波,若当波速为330 m/s时,在甲、乙两地间有若干个完整波形的波,当波速为340 m/s时,甲、乙两地间完整波形的波数减少了一个,则甲、乙两地相距多少米?点拨:知道波长、频率和波速的决定因素及之间关系是处理问题的关键。答案:224.4 m -15-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四-16-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚

12、焦目标导航类型一类型二类型三类型四振动与波动相结合的问题【例3】 如图所示,图甲为某一波在t=1.0 s时的图象,图乙为参与该波的质点P的振动图象。(1)求该波波速;(2)求再经过3.5 s时P质点经过的路程;(3)判断波的传播方向。-17-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四(3)由题中乙图知t=1.0 s时质点P向y轴负方向运动,结合题中甲图可以确定波向左传播。答案:(1)4 m/s(2)2.8 m(3)向左传播题后反思对于波动与振动相结合的问题,要充分利用两图象提供的相关信息分

13、析问题,例如可以从两图象上分别读出与T,结合振动图象还可判断出波形上某点的振动方向等。-18-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四波的周期性与双向性【例4】 一列简谐横波图象如图所示,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=0.5 s。(1)求这列波的可能波速的表达式。(2)若波向左传播,且3Tt4T,则波速多大?(3)若波速v=68 m/s,则波向哪个方向传播?点拨:波的多解问题是由波的周期性与双向性带来的。-19-3.波长、频率和波速ZHI

14、SHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四解析:(1)未明确波的传播方向和t与T的关系,故有两组系列解。=4(4n+3) m/s(n=0,1,2,)。(2)明确了波的传播方向,并限定3Tt4T,设此时间内波传播距离为s,则有3s4即n=3,代入v左=4(4n+3) m/s=4(43+3) m/s=60 m/s。(3)由给定的波速,则给定时间t内波传播距离答案:(1)见解析(2)60 m/s(3)向右传播 -20-3.波长、频率和波速ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二类型三类型四题后反思解决由双向性及周期性带来的多解问题的一般思路:(1)首先考虑双向性,若