2017高中物理第12章3節(jié)波長頻率和波速課件新人教版選修

成才之路·

物理路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索人教版·

選修3-4機(jī)械波第十二章第三節(jié) 波長、頻率和波速第十二章學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1課堂情景切入2知識(shí)自主梳理34

重點(diǎn)難點(diǎn)突破5

考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)課時(shí)作業(yè)6學(xué)習(xí)目標(biāo)定位※※理解波長、頻率和波速的物理意義及相互關(guān)系※※會(huì)用波的知識(shí)分析和解決問題課堂情景切入一個(gè)高個(gè)子人和一個(gè)矮個(gè)子人并肩行走(如圖)，哪個(gè)人的雙腿前后交替更為迅速？如果拿這兩個(gè)人與兩列波做類比，波長、頻率、波速分別可以比做什么？知識(shí)自主梳理(1)在橫波中，兩個(gè) 的波峰(或波谷)間的距離等于波長。在縱波中，兩個(gè)的密部(或疏部)間的距離等于定義在波動(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。特征波長(λ)相鄰相鄰波長。(2)經(jīng)過一個(gè)周期，振動(dòng)在介質(zhì)中

傳播的距離

等于波長。1．波的周期和頻率在波動(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率是 的，它們都等于 的振動(dòng)周期或頻率，這個(gè)周期或頻率也叫做波的周期(T)和頻率(f)相同波源

波

的周期或頻率，分別用

T

和

f

表達(dá)。決定因素波的周期或頻率由

波源

的周期或頻率決定。時(shí)、空的對應(yīng)性在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長。定義波速是指振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的速度，而不是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的

振動(dòng)

速度，波速等于

波長

與

周期

的比值。計(jì)算式v＝

T

。此式不僅適用于機(jī)械波，也適用于后面要學(xué)習(xí)的電磁波。波速(v)λ

＝λf的性質(zhì)決定，3．決定因素(1)機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由與波長和頻率

無關(guān)

。(2)在不同的介質(zhì)中，波速不同，波速還與

溫度

有關(guān)。4．波長的決定因素波長由

介質(zhì)

和

波源

共同決定。介質(zhì)重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、對波長的理解1．關(guān)于波長的定義“相鄰的”和“位移總是相等”是波長定義的關(guān)鍵，二者缺一不可。2．關(guān)于波長與周期質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，波向前傳播一個(gè)波長，即波在一個(gè)周期內(nèi)向前傳播一個(gè)波長。可推知，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)1

周期，波向前傳播1

波長；反之，相4

4隔1

波長的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)的時(shí)間間隔是1

個(gè)周期。并可依此類4

4推。3．波的空間周期性相隔距離為一個(gè)波長的整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)情況完全相同，即離開平衡位置的位移“總是”相等，振動(dòng)速度大小和方向也“總是”相同，因而波長顯示了波的空間周期性。相隔距離為半波長的奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況完全相反，即在任何時(shí)刻它們的位移大小相等、方向相反，速度也是大小相等、方向相反，會(huì)同時(shí)一個(gè)在波峰、一個(gè)在波谷或同時(shí)從相反方向經(jīng)過平衡位置。學(xué)習(xí)了波長的概念之后，甲同學(xué)認(rèn)為兩波峰間或兩波谷間的距離就是一個(gè)波長。乙同學(xué)認(rèn)為在一個(gè)周期內(nèi)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)通過的路程為一個(gè)波長。他們的觀點(diǎn)正確嗎？答案：他們的說法都不對。解析：波具有周期性，波峰與波峰或波谷與波谷之間的距離是波長的整數(shù)倍，只有限定相鄰波峰或波谷間的距離才是一個(gè)波長，所以甲不對；波在傳播時(shí)，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)都在平衡位置附近振動(dòng)。不隨波的傳播而遷移，一個(gè)周期內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過的路程為四倍振幅，而不等于一個(gè)波長。二、對波速的理解波速的實(shí)質(zhì)波的傳播速度即波形的平移速度。波速的物理意義波速是表示振動(dòng)在介質(zhì)中傳播快慢的物理量，它等于單Δt位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)向外傳播的距離，即v＝Δx。3．波長、頻率、波速的決定因素周期和頻率：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、λ無任何關(guān)系。速度v：決定于介質(zhì)的物理性質(zhì)，同一種均勻介質(zhì)，物理性質(zhì)相同，波在其中傳播的速度恒定。波長λ：對于一列波，其波長、波速、周期的關(guān)系不會(huì)變化，始終是v＝

λ

＝λf，既然v、T都由相關(guān)因素決定，所以T這些因素同時(shí)又共同決定了波長λ，即波長λ由波源和介質(zhì)共同決定。特別提醒：我們聽到的種類繁多的聲音有高低和強(qiáng)弱之分，聲調(diào)的高低由聲波的頻率決定，即取決于不同發(fā)聲體的振動(dòng)頻率。聲音的強(qiáng)弱由聲波的能量決定，體現(xiàn)為介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的強(qiáng)弱。各種聲音在空氣中傳播速度約為340m/s。波從一種介質(zhì)進(jìn)入另外一種介質(zhì)，波源沒變，波的頻率不會(huì)發(fā)生變化；介質(zhì)的變化導(dǎo)致了波速和波長的改變。有人認(rèn)為：“由公式v＝λf知，波的頻率越高，波速越大?！边@種說法正確嗎？答案：不正確。解析：機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)本身的性質(zhì)和溫度有關(guān)，與波的頻率無關(guān)。三、關(guān)于波的問題的多解性造成波動(dòng)問題多解的主要因素有：1．周期性(1)時(shí)間周期性：時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確。(2)空間周期性：波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確。

2．雙向性(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)方向不確定由于波動(dòng)問題的多解性，在解題時(shí)一定要考慮其所有的可能性：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)的兩種可能。③只告訴波速不指明波的傳播方向，應(yīng)考慮沿兩個(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)的可能等。

解決此類問題時(shí)，往往采用從特殊到一般的思維方法，即找到一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的特例，在此基礎(chǔ)上，如知時(shí)間關(guān)系，則加nT；如知空間關(guān)系，則加nλ?？键c(diǎn)題型設(shè)計(jì)對機(jī)械波關(guān)系式v＝λf的下列說法中正確的是(

)A．v＝λf適用于一切波波長、波速和頻率的關(guān)系B．由f＝v

可知，頻率與波速成正比，與波長成反比λC．v、λ、f三個(gè)量中，對同一列波來說，在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持不變的只有fD．由v＝λf知，波長是4

m的聲音為波長是2

m的聲音傳播速度的2倍解析：公式v＝λf適用于一切波，無論是機(jī)械波還是電磁波，A正確；機(jī)械波的波速僅由介質(zhì)決定，與波長λ無關(guān)，所以

D錯(cuò)誤；對同一列波，其頻率由振源決定，與介質(zhì)無關(guān)，故B錯(cuò)，C正確，應(yīng)選A、C。答案：AC點(diǎn)評：波速由介質(zhì)決定，頻率由波源決定。位于介質(zhì)Ⅰ和Ⅱ分界面上的波源S，產(chǎn)生兩列分別沿x軸負(fù)方向與正方向傳播的機(jī)械波，如圖所示。若在兩種介質(zhì)中波的頻率及傳播速度分別為f1、f2和v1、v2，則()A．f1＝2f2，v1＝v2C．f1＝f2，v1＝2v2答案：CB．f1＝f2，v1＝0.5v2D．f1＝0.5f2，v1＝v2解析：頻率只取決于波源，由于波源相同，則f1＝f2；由v12公式v＝λf得

＝λ1f1v

λ

f2

22λ1

2λ

1＝ ＝，所以1

2v

＝2v

。選項(xiàng)C正確。波動(dòng)圖象的應(yīng)用一列簡諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點(diǎn)時(shí)波形如圖所示，再經(jīng)0.6s，N點(diǎn)開始振動(dòng)，則該波的振幅A和頻率f為()A．A＝1

mf＝5

HzB．A＝0.5

mf＝5

HzC．A＝1

mf＝2.5

HzD．A＝0.5

mf＝2.5

Hz解析：由圖象可以直接讀出該波的振幅A＝0.5m；經(jīng)

0.6s，N點(diǎn)開始振動(dòng)，說明波在0.6s內(nèi)向前傳播了6m，所以波的傳播速度為s

6mv＝t＝0.6s＝10m/s，由圖象知波長為4m，所以周期為λ

4m 1T＝v＝10m/s＝0.4s，f＝T＝2.5Hz故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。答案：D(三門峽市2014～2015學(xué)年高二下學(xué)期期末)圖甲為一列橫波在t＝0時(shí)的波動(dòng)圖象，圖乙為該波中x＝2m處質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)圖象，下列說法正確的是()A．波速為4m/s

B．波沿x軸負(fù)方向傳播C．t＝0.5s，P點(diǎn)的動(dòng)能最大D．從t＝0到t＝2.5s，P點(diǎn)振動(dòng)路程為1.8cm答案：AC解析：由波動(dòng)圖象讀出波長λ＝4m，由振動(dòng)圖象讀出周期λT＝1s，則波速

v＝T＝4m/s，故

A

正確；由振動(dòng)圖象上

t＝0時(shí)刻讀出P點(diǎn)的速度方向沿y軸正方向，則由波動(dòng)圖象判斷出波沿x軸正方向傳播，故B錯(cuò)誤；t＝0.5s，P

點(diǎn)到達(dá)平衡位置，速度最大，動(dòng)能最大，故C正確；t＝2.5s＝2.5T，P點(diǎn)振動(dòng)路程為s＝2.5×4A＝10×0.2cm＝2cm，故D

錯(cuò)誤。波的多解問題(河北衡水中學(xué)2013～2014學(xué)年高二下學(xué)期二調(diào))一列簡諧橫波在x軸上傳播，在t1＝0和t2＝0.05s時(shí)，其波形圖分別用如圖所示的實(shí)線和虛線表示，求：這列波可能具有的波速。當(dāng)波速為280m/s時(shí)，波的傳播方向如何？以此波速傳播時(shí)，x＝8m處的質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置運(yùn)動(dòng)至波谷所需的最短時(shí)間是多少？解析：(1)對波形圖分析可知，該波波長λ＝8m，若波沿x軸正向傳播，141則有：Δx

＝nλ＋λ＝(8n＋2)＝v

Δt(n＝0、1、2、3…)得v1＝(8n＋2)Δt＝(40＋160n)m/s24若波沿x軸負(fù)方向傳播，則有：Δx

＝nλ＋

3λ

＝(8n＋6)＝v2Δt(n＝0、1、2、3…)得v2＝(8n＋6)Δt＝(120＋160n)m/s得v的通式為：v＝(40＋80k)m/s當(dāng)k＝0、2、4…時(shí)，波沿x軸正向傳播；當(dāng)k＝1、3、5…時(shí)，波沿x軸負(fù)向傳播。(2)當(dāng)波速為280m/s

時(shí)，則有：280＝40＋80k解得：k＝3

故波沿－x

方向傳播。由v＝

λ，得T＝λ＝

1

T

v

35sP

質(zhì)點(diǎn)第一次達(dá)到波谷經(jīng)歷時(shí)間4t＝3

＝2.1×10－2sT答案：(1)v＝(40＋80k)m/s當(dāng)k＝0、2、4…時(shí)，波沿x軸正向傳播。當(dāng)k＝1、3、5…時(shí)，波沿x軸負(fù)向傳播。

(2)波沿－x方向傳播，t＝2.1×10－2s。(青島市部分重點(diǎn)高中2014～2015學(xué)年高二檢測)一列簡諧波在某一時(shí)刻的波形如下圖所示，經(jīng)過一段時(shí)間，波形變成如圖中虛線所示，已知波速大小為1

cm/s。則這段時(shí)間可能是

()B．2

sD．4

sA．1

sC．3

s答案：AC4解析：如果這列波向右傳播，則傳播的距離為nλ＋1

λ，λv＝4

cm，由t＝s得時(shí)間可能是1

s、5

s、9

s…A正確；如果這s列波向左傳播，則傳播的距離為nλ＋3λ，由t＝得這段時(shí)間可4

v能為3

s、7

s、11

s…C正確。一段時(shí)間前后波形的畫法如圖所示是一列簡諧波在某時(shí)刻的波形圖，若每隔0.2s，波沿＋x方向推進(jìn)0.8m，試畫出此后17s時(shí)刻的波形圖。解析：由題干條件可求出波速，由圖象可看出波長，那么

17

s

內(nèi)波傳播的距離Δx

可求，把圖示波形沿x

正向平移Δx

即可。方法一：平移法(1)比較周期與時(shí)間0.2由題知波速

v＝0.8

m/s＝4

m/s，由圖知波長

λ＝8

m。可知周期T＝

λ＝8

s＝2

s,17秒內(nèi)的周期n＝Δt＝17＝81，v

4

T

2

2根據(jù)波動(dòng)的時(shí)間與空間的周期性，將波向＋x方向平移12λ即可，如圖(1)中虛線所示；(2)比較距離與波長17s內(nèi)波前進(jìn)的距離Δx＝v