高中物理 第12章 機(jī)械波 3 波長(zhǎng)、頻率和波速課件 新人教版選修3-4.ppt

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3 波長(zhǎng)、頻率和波速,填一填,練一練,1.波長(zhǎng)、周期和頻率(見課本第29頁) (1)波長(zhǎng)λ: ①定義:在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。 ②特征。 ⅰ.在橫波中,兩個(gè)相鄰波峰或兩個(gè)相鄰波谷之間的距離等于波長(zhǎng)。 ⅱ.在縱波中,兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)相鄰疏部之間的距離等于波長(zhǎng)。 (2)周期T、頻率f: ①周期(頻率):在波動(dòng)中,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期(或頻率)叫波的周期(或頻率)。 ②周期T和頻率f的關(guān)系:互為倒數(shù),即 ③波長(zhǎng)與周期的關(guān)系:經(jīng)過一個(gè)周期,振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。,,,,,,,,,填一填,練一練,2.波速(見課本第29頁) (1)定義:波速是指波在介質(zhì)中傳播的速度。 (2)特點(diǎn): ①機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度是由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定的,不同頻率的機(jī)械波在相同的介質(zhì)中傳播速度相等(選填“相等”或“不相等”)。 ②某種機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不變,波速改變。 3.波長(zhǎng)、頻率和波速之間的關(guān)系:,,,,,填一填,練一練,關(guān)于機(jī)械波的頻率、波速、波長(zhǎng),下列說法正確的是 ( ) A.橫波中相鄰兩個(gè)波峰之間的距離,縱波中密部中央和疏部中央之間的距離都是一個(gè)波長(zhǎng) B.兩個(gè)相鄰的速度相同的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的距離是一個(gè)波長(zhǎng) C.波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),波速和波長(zhǎng)都要改變 D.機(jī)械波在同一種均勻介質(zhì)中勻速傳播 解析:波長(zhǎng)是相鄰的兩個(gè)振動(dòng)情況始終完全相同的質(zhì)點(diǎn)之間的距離,橫波是相鄰兩個(gè)波峰(或波谷)之間的距離,縱波是相鄰的兩個(gè)密部中央(或疏部中央)之間的距離,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。某時(shí)刻兩質(zhì)點(diǎn)速度相同,不能保證速度始終相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。波在同一種均勻介質(zhì)中勻速傳播,進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí),頻率不變,但波速改變,由 可知波長(zhǎng)改變,選項(xiàng)C、D正確。 答案:CD,,,探究一,探究二,探究一波長(zhǎng)的確定和波長(zhǎng)、波速、頻率的理解 問題導(dǎo)引 機(jī)械波傳播過程中,波速就是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度嗎?,名師精講 1.波長(zhǎng)的確定 (1)根據(jù)定義確定 ①在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。 ②波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。 (2)根據(jù)波的圖象確定 在波的圖象上,兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。 (3)根據(jù)公式λ=vT來確定。,探究一,探究二,探究一,探究二,2.波長(zhǎng)、波速和頻率(周期)的決定因素 (1)周期和頻率:只取決于波源,波的周期和頻率總是等于波源的周期和頻率。當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波的周期和頻率不變。 (2)波速:決定于介質(zhì)的物理性質(zhì),在同一種均勻介質(zhì)中,波沿直線勻速傳播。波在不同的介質(zhì)中傳播時(shí)波速一般不同。 (3)波長(zhǎng):波長(zhǎng)λ、波速v、周期T的關(guān)系是 =λf。既然v、T都由相關(guān)因素決定,這些因素同時(shí)又共同決定了波長(zhǎng)λ,即波長(zhǎng)由波源和介質(zhì)共同決定,也可以說成是波長(zhǎng)λ由周期T和波速v共同決定。,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190046一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形如圖所示。下列說法中正確的是( ) A.質(zhì)點(diǎn)A、C、E、G、I在振動(dòng)過程中位移總是相同 B.質(zhì)點(diǎn)B、F在振動(dòng)過程中位移總是相等 C.質(zhì)點(diǎn)D、H的平衡位置間的距離是一個(gè)波長(zhǎng) D.質(zhì)點(diǎn)A、I在振動(dòng)過程中位移總是相同,它們的平衡位置間的距離是一個(gè)波長(zhǎng),探究一,探究二,解析:從圖象中可以看出,質(zhì)點(diǎn)A、C、E、G、I在該時(shí)刻的位移都是零,由于波的傳播方向是沿x軸正方向,則容易判斷出質(zhì)點(diǎn)A、E、I的速度方向是向下的,而質(zhì)點(diǎn)C、G的速度方向是向上的,因而這五個(gè)點(diǎn)的位移不總是相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)B、F是同處在波峰的兩個(gè)點(diǎn),它們的振動(dòng)步調(diào)完全相同,在振動(dòng)過程中位移總是相等,選項(xiàng)B正確;質(zhì)點(diǎn)D、H是處在相鄰的兩個(gè)波谷的點(diǎn),它們的平衡位置之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng),選項(xiàng)C正確;雖然質(zhì)點(diǎn)A、I在振動(dòng)過程中位移總是相同,振動(dòng)步調(diào)也完全相同,但由于它們不是相鄰的振動(dòng)步調(diào)完全相同的兩個(gè)點(diǎn),它們的平衡位置之間的距離不是一個(gè)波長(zhǎng)(應(yīng)為兩個(gè)波長(zhǎng)),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:BC,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 關(guān)于波長(zhǎng),下列說法正確的是( ) A.在一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長(zhǎng) B.在一個(gè)周期內(nèi)某個(gè)質(zhì)點(diǎn)所走過的路程等于波長(zhǎng) C.在波的傳播方向上位移始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng) D.在波的傳播方向上振動(dòng)速度始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng) 解析:在波動(dòng)中,對(duì)平衡位置的位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離叫作波長(zhǎng),在一個(gè)周期內(nèi),振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播距離等于一個(gè)波長(zhǎng),A、C正確;在波傳播過程中,質(zhì)點(diǎn)只是上下振動(dòng),并不隨波遷移,B錯(cuò)誤;在波的傳播方向上振動(dòng)速度始終相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng),D正確。 答案:ACD,,,探究一,探究二,探究二波的多解問題 問題導(dǎo)引 一列橫波沿x軸傳播,在某時(shí)刻x軸上相距s的A、B兩點(diǎn)均處于平衡位置,且A、B間只有一個(gè)波峰。 (1)試畫出A、B間可能的波形。 (2)若經(jīng)過時(shí)間t,質(zhì)點(diǎn)B第一次到達(dá)波峰,波的速度可以有幾個(gè)值?,探究一,探究二,名師精講 由于振動(dòng)具有周期性,介質(zhì)中振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)會(huì)在不同時(shí)刻多次達(dá)到同一位置,故波在傳播過程中容易出現(xiàn)多解問題。 1.造成波的多解的主要因素 (1)周期性: ①時(shí)間周期性:相隔周期整數(shù)倍時(shí)間的兩個(gè)時(shí)刻的波形完全相同,時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確造成多解。 ②空間周期性:沿傳播方向上,相隔波長(zhǎng)整數(shù)倍距離的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況完全相同,質(zhì)點(diǎn)間距離Δx與波長(zhǎng)λ的關(guān)系不明確造成多解。 (2)雙向性: 對(duì)給定的波形,波的傳播方向不同,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向也不同,反之亦然。 ①傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定。 ②振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定。,探究一,探究二,探究一,探究二,2.波動(dòng)問題的幾種可能性 (1)質(zhì)點(diǎn)達(dá)到最大位移處,則有正向和負(fù)向最大位移兩種可能。 (2)質(zhì)點(diǎn)由平衡位置開始振動(dòng),則有起振方向向上、向下(或向左、向右)兩種可能。 (3)只告訴波速不指明波的傳播方向時(shí),應(yīng)考慮波沿兩個(gè)方向傳播的可能。 (4)只給出兩時(shí)刻的波形,則有多次重復(fù)出現(xiàn)的可能。,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 一列簡(jiǎn)諧橫波圖象如圖所示,t1時(shí)刻的波形如圖中實(shí)線所示,t2時(shí)刻的波形如圖中虛線所示,已知Δt=t2-t1=0.5 s,問: (1)這列波的可能波速的表達(dá)式? (2)若波向左傳播,且3TΔt4T,波速多大? (3)若波速v=68 m/s,則波向哪個(gè)方向傳播?,點(diǎn)撥:題目中未明確波的傳播方向,首先按波傳播方向的可能性進(jìn)行討論,再對(duì)假設(shè)的傳播方向確定Δt和T的關(guān)系,要先考慮一個(gè)周期內(nèi)的情況,然后加nT。確定Δx和λ的關(guān)系時(shí),也要考慮其周期性。,,探究一,探究二,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190047 一列簡(jiǎn)諧橫波沿直線由a向b傳播,相距21 m的a、b兩處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖象如圖中a、b所示,則( ) A.該波的振幅是20 cm B.該波的波長(zhǎng)可能是12 m C.該波的波速可能是10 m/s D.該波由a傳播到b最短歷時(shí)3.5 s,探究一,探究二,,探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.關(guān)于波長(zhǎng)的下列說法中正確的是( ) A.機(jī)械振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是一個(gè)波長(zhǎng) B.在波形上位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng) C.在波形上速度最大且相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng) D.在波形上振動(dòng)情況總是相同的兩點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng) 解析:機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個(gè)完整的波形,故選項(xiàng)A正確;由波形可見,在一個(gè)完整波形上,位移相同的相鄰質(zhì)點(diǎn)之間的距離不一定等于一個(gè)波長(zhǎng),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;速度最大且相同的質(zhì)點(diǎn),在波形上是在平衡位置上,如果相鄰,那么正好是一個(gè)完整波形的兩個(gè)端點(diǎn),所以選項(xiàng)C正確;振動(dòng)情況總是相同的兩點(diǎn)間的距離是波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:AC,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.下列對(duì)波速的理解正確的是( ) A.波速表示振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢 B.波速表示介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢 C.波速表示介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)遷移的快慢 D.波速跟波源振動(dòng)的快慢無關(guān) 解析:波速表示振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢,它的大小由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是兩個(gè)不同的概念,與波源的振動(dòng)快慢無關(guān),選項(xiàng)A、D正確,B錯(cuò)誤;介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案:AD,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.介質(zhì)中有一簡(jiǎn)諧機(jī)械波正在傳播,下列說法正確的是 ( ) A.介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期等于波源振動(dòng)的周期 B.介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度等于波的傳播速度 C.波的傳播方向與介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直 D.波峰與波谷間的距離一定是質(zhì)點(diǎn)振幅的兩倍 解析:對(duì)簡(jiǎn)諧波,質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振動(dòng)的周期等于波源的振動(dòng)周期,選項(xiàng)A正確;質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度隨時(shí)間做周期性變化,而波的傳播速度在同一種介質(zhì)中不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;只有橫波,波的傳播方向與介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;波峰與波谷間沿振動(dòng)方向的距離等于質(zhì)點(diǎn)振幅的兩倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:A,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.如圖甲是一列簡(jiǎn)諧橫波在t=20 s時(shí)的波形,圖乙是這列波中P點(diǎn)的振動(dòng)圖線,那么該波的傳播速度和傳播方向是( ) A.v=25 cm/s,向左傳播 B.v=50 cm/s,向左傳播 C.v=25 cm/s,向右傳播 D.v=50 cm/s,向右傳播 解析:由題圖乙知T=2 s。由題圖甲知λ=100 cm。由 cm/s=50 cm/s,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;由題圖乙知,2 s末,P點(diǎn)向上振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)的周期性,可得 20 s 時(shí)P點(diǎn)仍向上振動(dòng)。依據(jù)同側(cè)法,可判斷波向左傳播,選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190048(選做題)P、Q是一列簡(jiǎn)諧橫波中的兩質(zhì)點(diǎn),已知P離振源較近,P、Q兩點(diǎn)的平衡位置相距15 m(小于一個(gè)波長(zhǎng)),各自的振動(dòng)圖象如圖所示。此列波的波速為 m/s。 答案:2.5,,,