（浙江新高考专用版）2019-2020学年高中物理 第十二章 机械波 3 波长、频率和波速课件 新人

第十二章机械波3波长、频率和波速知识内容选考要求课时要求波长、频率和波速c1.知道波长、周期和频率的概念，知道这三个物理量是描述波的特征量.2.理解波速的概念，知道波在同一介质中是匀速传播的.3.掌握波长、频率、波速三者之间的关系，知道三个量的决定因素.4.能从波的图象中求出振幅、波长.5.结合v＝λf分析解决简单的传播问题.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实自主预习一、波长、周期和频率1.波长λ(1)定义：在波动中，振动相位总是相同的两个质点间的距离.(2)特征①在横波中，两个相邻或两个相邻之间的距离等于波长.②在纵波中，两个相邻或两个相邻之间的距离等于波长.相邻波峰密部波谷疏部2.周期T、频率f(1)周期(频率)：在波动中，各个质点的叫波的周期(或频率).(2)周期T和频率f的关系：互为，即f＝.(3)波长与周期的关系：经过，振动在介质中传播的距离等于一个波长.1T振动周期(或频率)一个周期T倒数二、波速1.定义：机械波在的传播速度.2.决定因素：由本身的性质决定，在不同的介质中，波速是(填“相同”或“不同”)的.3.波长、周期、频率和波速的关系：v＝＝.λT介质中介质不同λf1.判断下列说法的正误.(1)在波的传播方向上位移始终相同的两质点间的距离等于波长.()(2)在波的传播方向上振动速度始终相同的相邻两质点间的距离等于波长.()(3)波的频率由介质决定.()(4)根据v＝可知，机械波的波长越长，波速越大.()即学即用×√××λT2.一列简谐横波在某一时刻的波形图如图1所示，由该图象可知该波的振幅为____cm，波长为_____m；若该波波源的振动周期为T＝0.2s，则该波的频率f＝_______Hz，波速v＝____m/s.图15215重点探究一列向右传播的机械波的图象如图所示.一、波长导学探究(1)1和9、2和10、3和11……每两个点的振动有什么共同的特点？答案它们的振动是完全相同的，只是后一质点比前一质点晚振动一个周期；(2)1和9、2和10、3和11……每两个点到平衡位置的距离是否相等？答案相等.波长的三种确定方法1.根据定义确定：在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离等于一个波长.注意：两个关键词：“振动相位总是相同”“两个相邻质点”.振动相位相同的两质点，在波的图象上振动位移总是相同，振动速度总是相同.2.由波的图象确定(1)在波的图象上，振动位移总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长.(2)在波的图象上，无论从什么位置开始，一个完整的正(余)弦曲线对应的水平距离为一个波长.3.根据公式λ＝vT来确定.知识深化例1(多选)如图2所示是一列向右传播的简谐横波在某一时刻的波形图，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同C.质点D、H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，它们间的距离是一个波长√√图2解析从题图可以看出质点A、C、E、G、I在该时刻的位移都是零，由于波的传播方向是向右的，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，因而这五个质点的位移不总是相同，A错误；质点B、F是同处在相邻的波峰的两个点，它们的振动步调完全相同，在振动过程中位移总是相同，B正确；质点D、H是同处在相邻的波谷的两个点，它们之间的距离等于一个波长，C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相同的两个点，它们之间的距离不是一个波长而是两个波长，D错误.二、波速与波长、周期、频率的关系已知声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中传播的速度，则当声音由钢轨传到空气中时，频率如何变化？波长如何变化？答案当声音由钢轨传到空气中时，频率不变，波速减小，由波速公式v＝λf可知，波长变短.导学探究1.在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长.波速与波长、周期、频率的关系为：v＝＝λf.2.波的周期和频率由波源决定，与v、λ无关，当波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不发生改变.3.波速由介质本身的性质决定，在同一种均匀介质中波速不变.知识深化λT例2(2018·全国卷Ⅱ)声波在空气中的传播速度为340m/s，在钢铁中的传播速度为4900m/s.一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00s.桥的长度约为______m.若该声波在空气中的波长为λ，则它在钢铁中的波长为λ的_____倍.36524517解析设声波在钢铁中的传播时间为t，由L＝vt知，340(t＋1.00)＝4900t，解得t＝17228s，代入L＝v钢t中解得桥长L≈365m声波在传播过程中频率不变，根据v＝λf知，声波在钢铁中的波长λ′＝v钢λv空＝24517λ.例3(2017·绍兴一中高二下学期期末)如图3甲所示为一列简谐横波在t＝20s时的波形图，图乙是这列波中P点的振动图线，那么该波的传播速度和传播方向是A.v＝25cm/s，向左传播B.v＝50cm/s，向左传播C.v＝25cm/s，向右传播D.v＝50cm/s，向右传播图3解析由题图甲可知波长λ＝100cm，由题图乙可知周期T＝2s，则波速v＝λT＝50cm/s；P点在t＝20s时的速度方向与t＝2s时的速度方向相同，即沿y轴正方向，结合题图甲可知波向左传播，B正确.√[学科素养]例2、例3考查了波速与波长、周期、频率的关系.需要知道在不同介质中波的传播速度不同，但是其频率不会发生变化.在解题过程中，回顾了物理概念和规律，熟练了各物理量之间的相互运算，体现了“物理观念”与“科学思维”的学科素养.三、波的多解性一列周期为T的机械波某时刻的波形图如图所示.导学探究答案若波沿x轴正方向传播，该时刻a质点向y轴正方向运动，经T第一次运动到波峰.若波沿x轴负方向传播，该时刻a质点向y轴负方向运动，经T第一次运动到波峰.(1)a质点需多长时间第一次运动到波峰？1434(2)该图中与a质点运动速度始终相等的质点有几个？答案与a质点的距离为nλ(n＝1,2,3…)的所有质点与a质点的运动速度始终相等，在该图中只有一个.1.波的传播方向的双向性形成多解凡是没有指明机械波沿哪个方向传播，就要讨论两个方向的可能性.2.波的时间的周期性形成多解机械波在介质中传播过程，t时刻与t＋nT(n＝1,2，…)时刻的波形完全重合，即同一波形图可能是不同时刻形成的.3.波的空间的周期性形成多解将某一波形沿波的传播方向平移波长的整数倍的距离，平移后的波形与原波形完全重合，这就是波的空间周期性.知识深化4.质点的振动情况不明形成多解在波动问题中，如讲到某质点在某时刻处于最大位移处，就包含有处于正向最大位移处与负向最大位移处两种可能；讲到质点从平衡位置开始振动，就可能是沿y轴正向或负向两个方向振动.例4(多选)(2018·嘉兴市高二第一学期期末)如图4所示，一列简谐横波在x轴上传播，实线和虚线分别表示前后间隔1s的两个时刻的波形图，则这列简谐横波的波速可能是图4A.0.60m/sB.0.75m/sC.1.05m/sD.1.15m/s√√解析由题图可知波长为λ＝60cm，若波沿x轴正方向传播，传播的距离为x1＝n＋14λ(n＝0,1,2…)，波速为v1＝x1t＝n＋14λ1m/s＝(0.6n＋0.15)m/s(n＝0，1，2…)，当n＝1时，v1＝0.75m/s，故B正确；若波沿x轴负方向传播，传播的距离为x2＝n＋34λ(n＝0,1,2…)，波速为v2＝x2t＝n＋34λ1m/s＝(0.6n＋0.45)m/s(n＝0,1,2…)，当n＝1时，v2＝1.05m/s，故C正确.例5(多选)(2018·温州六校协作体高二第二学期期中联考)如图5所示，a、b、c是均匀介质中x轴上的三个质点.ab、bc两点间的距离分别为6m、10m.一列简谐横波以2m/s的波速沿x轴正向传播，在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3s时质点a第一次到达正向最大位移处.则A.当质点a向下运动时，质点b也向下运动B.当质点a的加速度最大时，质点b的速度一定最大C.当质点a完成10次全振动时，质点c完成8次全振动D.当质点a第三次到达位移最大值位置时，波恰好传到质点c图5√√解析由简谐横波在t＝0时刻到达质点a处，质点a由平衡位置开始竖直向下运动，t＝3s时质点a第一次到达正向最大位移处可知，34T＝3s，所以周期T＝4s，波长λ＝vT＝8m.由于xab＝34λ＝6m，所以当质点a向下运动时，质点b一定向上振动，当质点a的加速度最大时，即处在波峰(或波谷)时质点b处于平衡位置，即速度最大，故A错误，B正确；质点a完成10次全振动所用时间为10T＝40s，波从a传到c所用的时间为162s＝8s，所以还有32s，所以c刚好完成8次全振动，故C正确；当质点a第三次到达位移最大值位置所用的时间为t＝(3＋2×4)s＝11s，波从a传到c所用的时间162s＝8s，故D错误.达标检测1.(波长、频率、周期、波速)(多选)关于机械波的频率、波速、波长，下列说法正确的是A.两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长B.波的频率等于波源的振动频率C.波速等于波源的振动速度D.波由一种介质进入另一种介质，波速和波长都要改变√1234√解析由波长的定义可知，两个相邻的均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长，选项A错误；由波的频率的定义可知，选项B正确；波速是波的传播速度，与波源的振动速度无关，选项C错误；波在同一种均匀介质中匀速传播，进入另一种介质时，频率不变，但波速改变，由v＝λf可知波长改变，选项D正确.12342.(波长、频率、周期、波速)一列简谐横波沿x轴正向传播，传到M点时波形如图6所示，再经0.6s，N点开始振动，则该波的振幅A和频率f为A.A＝1mf＝5HzB.A＝0.5mf＝5HzC.A＝0.5mf＝2.5HzD.A＝1mf＝2.5Hz√1234图61234解析由题图可知，该波的振幅A＝0.5m，波长λ＝4m，经0.6s，N点开始振动，该波的波速v＝ΔxΔt＝11－50.6m/s＝10m/s，所以频率f＝vλ＝104Hz＝2.5Hz，故A、B、D错误，C正确.3.(波的多解性)如图7所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m.当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是图7A.0.60mB.0.30mC.0.20mD.0.15m√解析由题意，P、Q两点之间的间距为＋nλ＝0.15m，故n＝0时，λ＝0.3m；n＝1时，λ＝0.1m，n越大，λ越小，故B正确.λ212344.(波的多解性)(多选)(2018·“七彩阳光”联盟期初联考)如图8所示，实线和虚线分别为某种波在t时刻和t＋Δt时刻的波形曲线.P和Q是横坐标分别为d和2d的两个质点，下列说法中正确的是图8A.任一时刻，如果质点P向上运动，则质点Q一定向下运动B.任一时刻，质点P和Q的速度大小相同C.如果波是向右传播的，则波的周期可能为ΔtD.如果波是向左传播的，则波的周期可能为Δt√41147√1234课时对点练训练1波长、频率、周期、波速一、选择题1.关于波速，下列说法正确的是A.反映了质点振动的快慢B.反映了振动在介质中传播的快慢C.波速由介质和波源共同决定D.波速与波源的频率成正比12345678910111213√解析波速反映的是振动在介质中传播的快慢程度，它与质点振动的快慢无关，选项A错误，B正确；波速只由介质决定，而与频率和波长无关，选项C、D错误.2.一根粗细均匀的绳子，右侧固定，使左侧的S点上下振动，产生一列向右传播的机械波，某时刻的波形如图1所示.下列说法中正确的是解析绳波在同一绳中传播，波速不变，由题图看出，此波