高中物理人教版選修3-4課件：12.3波長(zhǎng)、頻率和波速

1、-1-3 3.波長(zhǎng)、頻率和波速-2-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航1.知道波長(zhǎng)、頻率和波速的概念,了解它們的決定因素,能在波的圖象中求出波長(zhǎng)。2.理解波源振動(dòng)周期、各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期與波的周期(頻率)的關(guān)系。3.知道波速的物理意義,理解波長(zhǎng)、周期(頻率)和波速之間的關(guān)系,能初步利用這一關(guān)系進(jìn)行有關(guān)分析與計(jì)算。-3-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航1.波長(zhǎng)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,叫作波長(zhǎng),通

2、常用表示。在橫波中,兩相鄰的波峰(或波谷)之間的距離等于波長(zhǎng)。在縱波中,兩相鄰密部(或疏部)之間的距離等于波長(zhǎng)。在波形中,bd間距、am間距是一個(gè)波長(zhǎng)嗎?為什么?哪兩點(diǎn)之間距離是一個(gè)波長(zhǎng)?提示:bd間距不是一個(gè)波長(zhǎng),因?yàn)樗鼈兊奈灰撇⒉弧翱偸窍嗤?am間距也不是一個(gè)波長(zhǎng),因?yàn)樗鼈儭安幌噜彙?ah、bi、cj、ek、gl、hm間距都是一個(gè)波長(zhǎng)。-4-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航2.頻率(f)和周期(T)(1)定義:波上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率f(或周期T)就叫作波的頻率f(或周期T)。(3)時(shí)空關(guān)系:在一個(gè)周

3、期的時(shí)間內(nèi),振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。(4)決定因素:波的頻率和周期由波源決定,在傳播過(guò)程中,只要波源的振動(dòng)頻率和周期一定,則無(wú)論在什么介質(zhì)中傳播,波的頻率都不變。在波動(dòng)中,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率或周期與波源的振動(dòng)頻率或周期有什么關(guān)系?為什么?提示:相等。因?yàn)樵诓▌?dòng)中,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都是在波源的帶動(dòng)下做受迫振動(dòng)。-5-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航3.波速(1)定義:波傳播的速度叫波速,波在均勻介質(zhì)中是勻速傳播的。(3)決定因素:機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波

4、速一般不同。有同學(xué)說(shuō),波的周期就等于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期,波的傳播速度就等于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度,這種說(shuō)法對(duì)嗎?為什么?提示:波的周期就等于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期說(shuō)法正確;波的傳播速度就等于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度說(shuō)法錯(cuò)誤。比如在同一均勻介質(zhì)中傳播的簡(jiǎn)諧波波速大小保持不變,而介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在各自的平衡位置附近做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),速度變化。-6-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航一二三一、波長(zhǎng)、波速、頻率的決定因素1.周期和頻率:只取決于波源,波的周期和頻率就是指波源的周期和頻率,與v、無(wú)任何關(guān)系。當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波源

5、沒(méi)變,波的周期和頻率不會(huì)發(fā)生變化。所以說(shuō)周期和頻率由波源決定。2.波速v:由介質(zhì)的物理性質(zhì)決定,同一均勻介質(zhì),物理性質(zhì)相同,波在其中傳播的速度恒定。所以說(shuō)波速由介質(zhì)決定。-7-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航一二三特別警示(1)機(jī)械波的波速只與傳播介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。不同頻率的同類機(jī)械波在相同的介質(zhì)中傳播時(shí)速度相等;同頻率的橫波和縱波在相同介質(zhì)中傳播速度不相同。(2)波在同一均勻介質(zhì)中勻速向前傳播,波速v是不變的;而質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng),振動(dòng)速度隨時(shí)間變化。-8-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI

6、知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航一二三二、應(yīng)用波的圖象和關(guān)系式確定波長(zhǎng)1.波的圖象在波的圖象上,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,即為波長(zhǎng)?！翱偸恰焙汀跋噜彙笔莾蓚€(gè)關(guān)鍵詞,“總是”是指每時(shí)每刻。凡是平衡位置相隔波長(zhǎng)整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn),它的位移、速度、加速度等物理量總是相同,振動(dòng)同相。凡是平衡位置相隔半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn),它的位移、速度、加速度等物理量總是等大反向,振動(dòng)反相。-9-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航一二三三、波在傳播過(guò)程中的周期性和雙向性空

7、間周期性:沿波的傳播方向上,相隔n(n為自然數(shù))個(gè)波長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的步調(diào)是完全相同的。時(shí)間周期性:機(jī)械波在一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)刻圖象的形狀是不同的,但在相隔時(shí)間為周期的整數(shù)倍的不同時(shí)刻,波形圖線是完全相同的。波的空間周期性與時(shí)間周期性統(tǒng)稱為波的周期性。當(dāng)題目中沒(méi)有給定波傳播的時(shí)間t與周期T的關(guān)系或沒(méi)有給定波的傳播距離x與波長(zhǎng)的關(guān)系時(shí),機(jī)械波的這種時(shí)間周期性和空間周期性必然導(dǎo)致波的傳播時(shí)間、速度和距離等物理量有多個(gè)值與之對(duì)應(yīng),即產(chǎn)生多解。這三個(gè)物理量的關(guān)系可分別表示為傳播距離的周期性:x=n+x,傳播時(shí)間的周期性:t=nT+t,-10-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITO

8、UXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航一二三-11-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四波的圖象反映出的物理信息【例1】 如圖所示,一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形。下列說(shuō)法中正確的是()A.質(zhì)點(diǎn)A、C、E、G、I在振動(dòng)過(guò)程中位移總是相同B.質(zhì)點(diǎn)B、F在振動(dòng)過(guò)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(guò)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)點(diǎn)撥:本題主要考查波長(zhǎng)的概念及對(duì)概念的理解。-12-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHI

9、SHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四解析:從題圖中可以看出質(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,A項(xiàng)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(guò)程中位移總是相等,B項(xiàng)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),C項(xiàng)正確;雖然質(zhì)點(diǎn)A、I在振動(dòng)過(guò)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

10、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D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:BC-13-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四題后反思在理解波長(zhǎng)的概念時(shí),要注意切不可把“在振動(dòng)中位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)”與“在振動(dòng)中某一時(shí)刻位移相等”混為一談,另外還要注意“相鄰”這一關(guān)鍵詞,不要把波長(zhǎng)的概念理解為“兩個(gè)在振動(dòng)中位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離”。-14-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二

11、類型三類型四波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系【例2】 從甲地向乙地發(fā)出頻率為50 Hz的聲波,若當(dāng)波速為330 m/s時(shí),在甲、乙兩地間有若干個(gè)完整波形的波,當(dāng)波速為340 m/s時(shí),甲、乙兩地間完整波形的波數(shù)減少了一個(gè),則甲、乙兩地相距多少米?點(diǎn)撥:知道波長(zhǎng)、頻率和波速的決定因素及之間關(guān)系是處理問(wèn)題的關(guān)鍵。答案:224.4 m -15-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四-16-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚

12、焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四振動(dòng)與波動(dòng)相結(jié)合的問(wèn)題【例3】 如圖所示,圖甲為某一波在t=1.0 s時(shí)的圖象,圖乙為參與該波的質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖象。(1)求該波波速;(2)求再經(jīng)過(guò)3.5 s時(shí)P質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的路程;(3)判斷波的傳播方向。-17-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四(3)由題中乙圖知t=1.0 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),結(jié)合題中甲圖可以確定波向左傳播。答案:(1)4 m/s(2)2.8 m(3)向左傳播題后反思對(duì)于波動(dòng)與振動(dòng)相結(jié)合的問(wèn)題,要充分利用兩圖象提供的相關(guān)信息分

13、析問(wèn)題,例如可以從兩圖象上分別讀出與T,結(jié)合振動(dòng)圖象還可判斷出波形上某點(diǎn)的振動(dòng)方向等。-18-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四波的周期性與雙向性【例4】 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t=t2-t1=0.5 s。(1)求這列波的可能波速的表達(dá)式。(2)若波向左傳播,且3Tt4T,則波速多大?(3)若波速v=68 m/s,則波向哪個(gè)方向傳播?點(diǎn)撥:波的多解問(wèn)題是由波的周期性與雙向性帶來(lái)的。-19-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHI

14、SHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四解析:(1)未明確波的傳播方向和t與T的關(guān)系,故有兩組系列解。=4(4n+3) m/s(n=0,1,2,)。(2)明確了波的傳播方向,并限定3Tt4T,設(shè)此時(shí)間內(nèi)波傳播距離為s,則有3s4即n=3,代入v左=4(4n+3) m/s=4(43+3) m/s=60 m/s。(3)由給定的波速,則給定時(shí)間t內(nèi)波傳播距離答案:(1)見解析(2)60 m/s(3)向右傳播 -20-3.波長(zhǎng)、頻率和波速ZHISHISHULI知識(shí)梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重難聚焦目標(biāo)導(dǎo)航類型一類型二類型三類型四題后反思解決由雙向性及周期性帶來(lái)的多解問(wèn)題的一般思路:(1)首先考慮雙向性,若