波長(zhǎng)頻率和波速

波長(zhǎng)頻率和波速第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)波的圖象第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)波的圖象x/cmy/cm00.20.40.6x=0、x=0.1、x=0.2、x=0.3、x=0.4、x=0.5、x=0.6這些質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向如何？在這些質(zhì)點(diǎn)中振動(dòng)相同的是哪些點(diǎn)？在以上各組之間又有什么不同呢？振動(dòng)完全相同指什么？相鄰的振動(dòng)完全相同的質(zhì)點(diǎn)間的水平距離都相等嗎？v第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、波長(zhǎng)在波動(dòng)中對(duì)平衡位置的位移總是相等（包括大小和方向）的兩相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離叫做波的波長(zhǎng)．在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離叫做波長(zhǎng)。

第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在橫波中，兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于波長(zhǎng)，在縱波中，兩個(gè)相鄰的密部（或疏部）之間的距離等于波長(zhǎng)．在波的傳播方向上（或平衡位置之間）相距的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)總是相反的．相距波長(zhǎng)整數(shù)倍兩質(zhì)點(diǎn)（同相質(zhì)點(diǎn)）的振動(dòng)步調(diào)總是相同的．在波的傳播方向上相距奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)（反相質(zhì)點(diǎn)）振動(dòng)步調(diào)總是相反的．第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相位總是相同”

----“位移、速度、加速度時(shí)時(shí)刻刻都相等”

第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、周期和頻率波的周期（或頻率）：波源或介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率）．波的周期由波源決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)周期（或頻率）保持不變．每經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間，當(dāng)前的波形圖與原有的波形圖相同．第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、波速單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)所傳播的距離叫波速．它反映振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢程度.波速的大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播速度不同．波在均勻介質(zhì)中是勻速傳播的，即，它向外傳播的是振動(dòng)的形式，而不是將質(zhì)點(diǎn)向外遷移．波速與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度不同，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)，因此質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度時(shí)刻在變．例如聲波在150C的空氣中的傳播速度為340m/s，在水中的傳播速度為1450m/s，而在鋼鐵中的速度達(dá)到4900m/s第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月波速等于波長(zhǎng)和頻率的乘積.經(jīng)過(guò)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).四、波長(zhǎng)、周期（頻率）和波速的關(guān)系

機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度等于波傳播的距離與所用時(shí)間的比值

當(dāng)s=λ時(shí)t=T代入有

第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)三者關(guān)系的理解:波速等于波長(zhǎng)和頻率的乘積這一關(guān)系雖從機(jī)械波得到，但對(duì)其他形式的彼（電磁波、光波）也成立．波速由介質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中，波速不同。周期（或頻率）由振源決定．當(dāng)一列波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)傳播時(shí)，周期（或頻率）保持不變．但由于波速的變化而導(dǎo)致波長(zhǎng)的變化．（在不同溫度時(shí)，波速是不同的，溫度高時(shí)波速大）第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：如圖中的實(shí)線是一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形曲線.經(jīng)0.5s后，其波形如圖中虛線所示．設(shè)該波的周期大于0.5s．

（1）如果波是向左傳播的，波速是多大?波的周期是多大?（2）如果波是向右傳播的，波速是多大?波的周期是多大?y/cm12243648O-1010x/cm123五、應(yīng)用第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月汶川地震破裂過(guò)程汶川大地震過(guò)程中地表位移場(chǎng)的變化第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地震彈性波(3.4Km/s)——橫波地震彈性波(5.6Km/s)——縱波

震源正上方的地面叫震中，地震時(shí)，首先到達(dá)地面的是縱波，這時(shí)在震中的人們會(huì)感到上下顛簸，接著橫波傳來(lái)，又會(huì)感到左右搖擺。測(cè)出地震開(kāi)始時(shí)縱波和橫波到來(lái)的時(shí)間差，可大致算出地震源到觀測(cè)點(diǎn)的距離。第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題:如圖在一條直線上有三點(diǎn)S、M、N，S為波源，距M點(diǎn)為12m，距N點(diǎn)為21m．由于波源S的振動(dòng)在直線上形成一列橫波，其波長(zhǎng)為8m，波速為4m/s，下列說(shuō)法中正確的是（）A．M點(diǎn)先開(kāi)始振動(dòng)，N點(diǎn)后振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間相差2.25s，但振動(dòng)周期都為2sB．M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)，N點(diǎn)在平衡位置以上向下振動(dòng)C．M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)，N點(diǎn)在平衡位置以上向上振動(dòng)D．振動(dòng)過(guò)程中M、N兩點(diǎn)的位移有可能在某時(shí)刻相同第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

解析：由v=/T得T=/v=8/4=2s，由于S為波源，波向右傳播，由v=

s/t，得波從M傳到N的時(shí)間

t=

s/v=2.25s，則A對(duì);M、N相距9m,則N點(diǎn)的振動(dòng)與M點(diǎn)后1m的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)完全相同，當(dāng)M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)，M點(diǎn)后1m的質(zhì)點(diǎn)已過(guò)了平衡位置向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，則N點(diǎn)也在平衡位置上方向上振動(dòng)，則C對(duì)B錯(cuò);

實(shí)際振動(dòng)過(guò)程中任意兩點(diǎn)的位移都有可能相同，因?yàn)楫?dāng)這兩點(diǎn)的中間點(diǎn)處于最大位移時(shí)，此兩點(diǎn)的位移就相同，則D對(duì).

所以，正確選項(xiàng)為A、C、D．第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：練習(xí)二

3、4、5、6題

六、總結(jié)、拓展

1．必須明確：頻率是由振源決定的，波速是由介質(zhì)決定的，波長(zhǎng)是由振源和介質(zhì)共同決定的．

2．解決波動(dòng)問(wèn)題的主要方法有兩種：一是利用“質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)”；二是利用“波形移動(dòng)”，注意靈活運(yùn)用．

3．可能出波形圖與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)曲線、股市指數(shù)變化曲線的綜合題．第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、隨堂練習(xí)1．關(guān)于振動(dòng)和波的關(guān)系，下面哪句話(huà)正確()A．有機(jī)械波必有機(jī)械振動(dòng)B．有機(jī)械振動(dòng)必有機(jī)械波C．某振源產(chǎn)生的波的頻率一定與該振源的頻率相同D．振源的振動(dòng)速度和波速是一樣的2．關(guān)于波長(zhǎng)的說(shuō)法正確的是()A．波長(zhǎng)等于一周期內(nèi)，振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播距離B．波長(zhǎng)等于兩個(gè)相鄰的振動(dòng)方向總是相同的質(zhì)點(diǎn)間距離C．波長(zhǎng)等于兩個(gè)相鄰的振動(dòng)方向總是相反的質(zhì)點(diǎn)間距離D．波長(zhǎng)等于兩個(gè)相鄰的振動(dòng)方向總是相反的質(zhì)點(diǎn)間距離的2倍ACAB第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．如圖所示為一簡(jiǎn)諧橫波在t1=0時(shí)的波圖，振源的振動(dòng)周期為0.4s，則t1=0到t2=2.5s的時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)M通過(guò)路程是

，位移是

．1.25m5cm或-5cm

y/cm0.20.40.60.8O-55x/mM第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)七

1、一個(gè)高個(gè)子人和一個(gè)矮個(gè)子人并肩行走，那個(gè)人的雙腿前后交替更迅速？如果把他們和兩列波類(lèi)比。波長(zhǎng)、頻率、波速可以比作什么？2、每秒做100次全振動(dòng)的波源產(chǎn)生的波，它的頻率、周期各是多少？如果波速是10m/s，波長(zhǎng)是多少？3、一艘漁船停泊在岸邊，如果海浪的兩個(gè)相鄰波峰的距離是6m，海浪的速度是15m/s，與船搖晃的周期是多少？第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月八、超聲波及其應(yīng)用結(jié)束

人耳最高只能感覺(jué)到大約20~20000Hz的聲波，．振動(dòng)頻率低于20Hz的聲波稱(chēng)為次聲，振動(dòng)頻率高于20kHz的聲波稱(chēng)為超聲波，次聲和超聲波是一種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波．由于超聲波不能直接被人們所聽(tīng)見(jiàn)，因此對(duì)于它的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)也是比較晚的，超聲波的發(fā)展歷史大概僅有100年左右．由于它具有許多獨(dú)到之處和優(yōu)點(diǎn)，因此，在其嶄露頭角的不久就得到了許多應(yīng)用，并迅速地發(fā)展成為一門(mén)新興的邊緣學(xué)科——超聲學(xué)

第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超聲波主要的兩個(gè)特點(diǎn)：

1、波長(zhǎng)短2、功率大

1、波長(zhǎng)短

顧名思義，超聲波的頻率超過(guò)聲波的頻率，在20kHz以上，目前使用的超聲波從20kHz到幾十兆赫，頻率很高，亦即波長(zhǎng)很短．例如，水下通訊、探測(cè)聲納、超聲診斷、超聲成像以及在液體中使用的超聲波，其波長(zhǎng)為15cm～1.5cm；金屬超聲探傷所用的波長(zhǎng)為1.2cm～0.4cm；在氣體中使用的超聲波（如用于空氣凈化、氣象監(jiān)測(cè)以及捕集懸浮微粒等），所用的波長(zhǎng)為17cm～7cm，同無(wú)線電波相比相當(dāng)于超高頻（SHF）到極高頻（EHF）頻段，近年來(lái)還開(kāi)始使用波長(zhǎng)更短的超聲波，其頻率在10MHz以上，其波長(zhǎng)只有幾十微米，已接近可見(jiàn)光的波長(zhǎng)了．

第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超聲波的一些物理性質(zhì)

（1）超聲波的傳播類(lèi)似于光線，遵循幾何光學(xué)的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能聚焦．可以利用這些性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量、定位、探傷和加工處理等．

（2）超聲波的波長(zhǎng)很短，與發(fā)射器、接收器的幾何尺寸相當(dāng)，由發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的超聲波不向四面八方發(fā)散，而成為方向性很強(qiáng)的波束，波長(zhǎng)愈短方向性愈強(qiáng)，因此超聲用于探傷、水下探測(cè)，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物體．

（3）能夠產(chǎn)生窄的脈沖．為了提高探測(cè)精度和分辨率．要求探測(cè)信號(hào)的脈沖極窄，但是一般脈沖寬度是波長(zhǎng)的幾倍（如要產(chǎn)生更窄的脈沖在技術(shù)上是有困難的），超聲波波長(zhǎng)短，因此可以作為窄脈沖的信號(hào)發(fā)生器．第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、功率大

（1）超聲波能夠產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量．聲波作用于物體時(shí)，物體的分子也要隨著運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)頻率和作用的聲波頻率一樣，頻率越高，分子運(yùn)動(dòng)速度越快，物體獲得的能量正比于分子運(yùn)動(dòng)速度的平方．超聲頻率高，故可以給出大的功率．例如，振幅相同的1MHz超聲波比1kHz的聲波的能量大100萬(wàn)倍．

（2）在液體中能產(chǎn)生空化現(xiàn)象．液體承受壓力的能力是很強(qiáng)的（如水壓機(jī)中的水能承受幾百個(gè)大氣壓），但是液體對(duì)拉力的反應(yīng)很敏感．當(dāng)超聲波作用于液體介質(zhì)時(shí)，在振動(dòng)處于稀疏狀態(tài)時(shí)，液體會(huì)被撕裂成很多的小空穴，這些小空穴瞬間就會(huì)閉合，小空穴閉合時(shí)能產(chǎn)生高達(dá)幾千個(gè)大氣壓的瞬時(shí)壓力和高達(dá)幾千攝氏度的高溫，這一現(xiàn)象稱(chēng)為空化．這種空化現(xiàn)象可用于超聲清洗、超聲加速化學(xué)反應(yīng)、超聲乳化、超聲粉碎等技術(shù)中．

（3）能夠聚焦．超聲波的聚焦可以使用凹面鏡和聲學(xué)棱鏡，此外還有把發(fā)射表面作成像雷達(dá)拋物面天線的形狀進(jìn)行聚焦。聚焦的能量可達(dá)上萬(wàn)瓦每平方厘米，能在水中產(chǎn)生120個(gè)大氣壓的壓力變化．第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、超聲技術(shù)的發(fā)展史人類(lèi)對(duì)于聲音的認(rèn)識(shí)和研究可以追溯到很早的古代；大約在兩千多年前，我國(guó)已有了關(guān)于聲音的研究，這一點(diǎn)可以通過(guò)出土的文物上有許多樂(lè)器和演奏樂(lè)器的圖案的事實(shí)來(lái)證實(shí)．但是，對(duì)于聽(tīng)不見(jiàn)的超聲波的發(fā)現(xiàn)和研究，還是在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)有了相當(dāng)發(fā)展以后才開(kāi)始的．通常認(rèn)為超聲技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)10年代，大約只有100年的發(fā)展歷史．第一件事發(fā)生在1912年，英國(guó)新造巨型郵船“泰塔尼克號(hào)”在大西洋的航線上與流動(dòng)的冰山相撞沉沒(méi)，有1500多人遇難．這個(gè)不幸事件引起了人們探討使用超聲波探測(cè)冰山的可能性，但是當(dāng)時(shí)電子技術(shù)還處在電子管剛剛問(wèn)世不久的階段，還沒(méi)有產(chǎn)生強(qiáng)大超聲波的晶體振蕩器，這個(gè)設(shè)想未能付諸實(shí)現(xiàn)．第二件事發(fā)生在1914年至1918年的第一次世界大戰(zhàn)期間，法國(guó)、美國(guó)的艦隊(duì)和商船受到德國(guó)潛艇的沉重打擊，協(xié)約國(guó)艦船總噸位損失了近三分之一．法國(guó)、美國(guó)為了偵察敵方潛艇的活動(dòng)，認(rèn)真地研究了應(yīng)用超聲偵察潛艇的問(wèn)題，這件事也是促使人們進(jìn)行超聲技術(shù)研究的重要原因之一．

第三件事就是壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)．1880年法國(guó)的居里兄弟在研究石英晶體的電現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一些物體，如石英等天然晶體，當(dāng)它們受到外力的作用時(shí)，可以產(chǎn)生電荷．他們把這一現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)．

20世紀(jì)30年代初，各國(guó)海軍大都裝備了不同型號(hào)的超聲偵測(cè)設(shè)備．在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，軍用的超聲探測(cè)儀保密程度十分嚴(yán)格，各國(guó)競(jìng)相獨(dú)自地進(jìn)行研究和生產(chǎn)．超聲技術(shù)的發(fā)展是從軍事及海洋方面的應(yīng)用開(kāi)始的，在第二次世界大戰(zhàn)前它的發(fā)展和應(yīng)用還僅限于反潛以及海洋探測(cè)方面．

超聲技術(shù)在民用方面的應(yīng)用是第二次世界大戰(zhàn)以后的事，最先出現(xiàn)的是超聲波魚(yú)群探測(cè)儀，當(dāng)時(shí)使用的頻率在10kHz以下，這種儀器現(xiàn)在已成為漁船上普遍的裝備，所用的頻率已達(dá)10kHz以上．至于超聲探傷、超聲測(cè)量、超聲加工、超聲清洗，超聲診斷和治療等是在20世紀(jì)50～60年代興起的，近年超聲技術(shù)在生產(chǎn)、科研的許多方面得到迅速發(fā)展．第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大自然中的確有許多動(dòng)物，他們不僅能發(fā)出超聲，而且能夠利用超聲來(lái)達(dá)到他們的目的．從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，有許多動(dòng)物都是著名的“超聲專(zhuān)家”，人類(lèi)與他們相比的確遜色許多．在這些動(dòng)物中，蝙蝠和海豚可以說(shuō)是最出名的．我們?nèi)祟?lèi)能聽(tīng)到的聲音的頻率范圍大概是16～20000Hz，在這一頻率以外，包括次聲和超聲，我們是聽(tīng)不到的．大自然中的動(dòng)物能聽(tīng)到的聲音的頻率范圍：在哺乳動(dòng)物中，大象和人一樣，能聽(tīng)到的聲音頻率大概在20～20000Hz之間．而其他的哺乳動(dòng)物，包括狗和貓，都能聽(tīng)到超聲．蝙蝠和海豚可以聽(tīng)到100kHz以上的超聲．魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、爬蟲(chóng)類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)最好的聽(tīng)覺(jué)范圍在100Hz到5kHz之間．貓頭鷹在2kHz到9kHz的頻率范圍內(nèi)聽(tīng)覺(jué)最敏銳．

三、自然界中的超聲蝙蝠能在漆黑的夜晚自由自在地飛行，在叢林中飛行不會(huì)撞到樹(shù)上，在山洞中飛行也不會(huì)撞到巖石上，而且還能在漆黑的夜晚捕捉到獵物．大部分人都認(rèn)為蝙蝠有一雙能夠適應(yīng)漆黑的夜晚的眼睛．當(dāng)時(shí)有一個(gè)意大利的科學(xué)家，他對(duì)人們的這一共識(shí)有所懷疑，于是，他做了一次試驗(yàn)．在一間漆黑的房子里，掛了許多繩子，在繩子上系一些鈴鐺．他把蝙蝠的眼睛蒙住，然后放飛．結(jié)果蝙蝠仍能在漆黑的房子中自由地飛行，而且一點(diǎn)也碰不到繩子，鈴鐺不響．這一實(shí)驗(yàn)表明，蝙蝠在夜間飛行，并不是因?yàn)橛幸浑p明亮的能看穿黑夜的眼睛．既然這樣，那么蝙蝠是靠什么在夜間飛行的呢？他又做了另一次試驗(yàn)，這一次，不是把蝙蝠的眼睛蒙住，而是把蝙蝠的耳朵塞住，讓蝙蝠在房間里飛．結(jié)果是，房間里的鈴聲大作，被塞住耳朵的蝙蝠就像一個(gè)無(wú)頭蒼蠅一樣，到處碰壁．這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，蝙蝠在夜間的飛行是靠耳朵聽(tīng)，而不是靠眼睛看．

既然蝙蝠在夜間飛行是依靠耳朵聽(tīng)，那么相對(duì)第一次試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，繩子和鈴鐺又不會(huì)發(fā)聲，蝙蝠是怎樣聽(tīng)的呢？這一個(gè)問(wèn)題當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋?zhuān)蟾胚^(guò)了二百年，這一問(wèn)題才被弄明白．原來(lái)蝙蝠在飛行的過(guò)程中，會(huì)不斷地發(fā)出一系列人耳聽(tīng)不到的超聲波脈沖，這些脈沖遇到障礙物會(huì)反射回來(lái)，蝙蝠用耳朵聽(tīng)到這些反射聲時(shí)就會(huì)判斷出障礙物在什么地方，從而能夠及時(shí)地避開(kāi)障礙物．另外，蝙蝠通過(guò)對(duì)反射聲的識(shí)別，還能夠判斷出反射體是障礙物還是獵物，從而能夠避開(kāi)障礙物，捕捉獵物．從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，人類(lèi)所研制的聲納設(shè)備無(wú)論怎么先進(jìn)，也比不上蝙蝠的聲納系統(tǒng)．除此以外，海豚也是利用超聲在大