高中物理 第2章 机械波 2 波速与波长、频率的关系教师用书 教科版选修3-4.doc

波速与波长、频率的关系学 习 目 标知 识 脉 络1.知道波长的概念及其物理意义．(重点)2．知道波传播的周期(频率)，理解周期(频率)与质点振动周期(频率)的关系．3．理解波在传播过程中的特点．4．理解波长、波速和周期之间的关系，会用公式v＝λf解答问题．(难点)波 长、振 幅 和 频 率 1．波长(1)定义：沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离(包含一个“完整的波”)，叫做波的波长，常用λ表示．(2)横波中任意两个相邻的波峰或波谷之间的距离是横波的波长；同样，纵波中任意两个相邻的密部或疏部之间的距离是纵波的波长．2．振幅(1)定义：在波动中，各质点离开平衡位置的最大距离，即其振动的振幅，也称为波的振幅．(2)机械波是机械振动的传播，振动的振幅越大，振动的能量就越大，波所传播的能量也就越大．因此，波的振幅大小是波所传播能量的直接量度．3．频率(1)定义波在传播过程中，介质中质点振动的频率都相同，这个频率被称为波的频率．波的频率也等于在单位时间内通过某点的“完整的波”的数目．(2)决定因素波的频率等于波源振动的频率，与介质的种类无关．1．横波中任意两个波峰之间的距离等于波长．(×)2．两个相邻波峰(或波谷)之间的距离为一个波长．(√)3．两个密部(或疏部)之间的距离为一个波长．(×)4．振动在介质中传播一个波长的时间是一个周期．(√)1．某时刻，两个相邻的、位移相等的质点间的距离等于波长吗？【提示】　不一定．某时刻两质点位移相等，间距却不一定等于波长．2．波在一个周期内传播的距离是一个波长，那么在一个周期内质点通过的路程是否为一个波长？为什么？【提示】　不是．因为波在传播时，介质中的质点都在平衡位置附近振动，不随波的传播而迁移，一个周期内质点通过的路程为振幅的四倍，而不是一个波长．1．关于波长的定义：“振动相位总是相同”和“相邻两质点”是波长定义的两个必要条件，缺一不可；在波的图像中，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．2．关于波长与周期：质点完成一次全振动，波向前传播一个波长，即波在一个周期内向前传播一个波长．可推知，质点振动周期，波向前传播波长；反之，相隔波长的两质点的振动的时间间隔是周期．并可依此类推．3．波的空间周期性(1)相隔距离为一个波长的整数倍的两质点，振动情况完全相同，且离开平衡位置的位移“总是”相等，振动速度大小和方向也“总是”相同，因而波长显示了波的空间周期性．(2)相隔距离为半波长的奇数倍的两质点的振动情况完全相反，即在任何时刻它们的位移大小相等、方向相反，速度也是大小相等、方向相反，会同时一个在波峰、一个在波谷或同时从相反方向经过平衡位置．1．关于波长，下列说法正确的是(　　) 【导学号：18640015】A．在一个周期内振动在介质中传播的距离等于波长B．在一个周期内某个质点所走过的路程等于波长C．在波的传播方向上位移始终相同的相邻两质点间的距离等于波长D．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E．在横波中任意两个波谷之间的距离一定等于波长【解析】　在波动中，对平衡位置的位移总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波长，A、C正确；在波传播过程中，质点只是上下振动，并不随波迁移，B错误；在波的传播方向上速度始终相同的相邻两质点间的距离等于波长，D正确；在横波中只有相邻两个波谷之间的距离一定等于波长，E错误．【答案】　ACD2．关于波的周期下列说法中正确的是(　　)A．质点的振动周期就是波的周期B．波的周期是由波源驱动力的周期决定的C．波的周期与形成波的介质的密度有关D．经历整数个周期波形图重复出现，只是波形向前移动了一段距离E．经历整数个周期波形图重复出现，质点向沿波传播的方向前进整数个波长的距离【解析】　波的周期是由质点振动的周期决定的，故A选项正确；波的周期等于波源驱动力的周期，与介质无关，故B选项正确，C选项错误；D选项正是波的周期性的体现，故D正确．质点不随波迁移，E选项错误．【答案】　ABD3．关于波长的下列说法中正确的是(　　)A．机械振动在一个周期内传播的距离就是一个波长B．在波形图上位移相同的相邻两质点之间的距离等于一个波长C．在波形图上速度最大且相同的相邻两质点间的距离等于一个波长D．在波形图上振动情况总是相同的两质点间的距离等于一个波长E．波长是波的空间周期性的体现【解析】　机械振动的质点在一个周期内向远处传播一个完整的波形，故A项正确；由波形图可见，在一个完整波形上，位移相同的相邻质点之间距离不一定等于一个波长，故B项错误；速度最大且相同的质点，在波形图上是在平衡位置上，如果相邻，那么正好是一个完整波形的两个端点，所以C项正确；振动情况总是相同的两质点间的距离是波长的整数倍，故D项错误，E项正确．【答案】　ACE波长的三种确定方法1．根据定义确定(1)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．(2)波在一个周期内传播的距离等于一个波长．2．根据波的图像确定(1)在波的图像上，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)在波的图像上，运动状态(速度)总是相同的两个相邻质点间的距离为一个波长．(3)在波的图像上，两个相邻波峰(或波谷)间的距离为一个波长．3．根据公式λ＝vT来确定．波 速 在波源振动的一个周期内，振动向外传播了一个波长的距离，所以波的传播速度公式为：v＝＝λf.波速反映了振动在介质中传播的快慢程度．1．波在同种均匀介质中是匀速传播的，即x＝vt，它向外传播的是振动的形式，而不是将质点向外迁移．2．波速与质点的振动速度不同，质点的振动是一种变加速运动，振动速度随时间按正弦规律变化．3．波速的大小由介质的性质决定，同一列波在不同介质中传播速度不同，但同一类机械波在同一均匀介质中传播速度相同．如声波，在空气中不管哪种频率的波传播速度都相同．波速公式v＝＝λf适用于一切波的波速计算．1．不同频率的波在同一种介质中传播，波速不同．(×)2．同一列波从一种介质进入另一种介质不变的量是频率．(√)3．波在同一种均匀介质中是匀速向外传播的．(√)1．波的传播速度取决于什么？不同频率的横波在同一种介质中的传播速度是否相同？【提示】　波的传播速度取决于介质，同一种介质中频率不同的机械波传播速度相同．2．当波从一种介质进入另一种介质时，波长、频率和波速哪个物理量保持不变？【提示】　当波从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变，波长和波速会发生变化．1．频率、波长和波速间的定量关系及决定因素(1)定量关系是v＝fλ.(2)频率、波长、波速的决定因素：尽管周期(或频率)与波速可由上面公式计算，但不能认为周期(或频率)由波长、波速决定；也不能认为波速由周期(或频率)、波长决定．因为它们都是确定的，其中波的周期(或频率)取决于波源的周期(或频率)．而波速由介质本身性质决定(一般说来，固体中波速较大，液体中次之，气体中波速最小)，不同频率的同类机械波在相同介质中传播速度相等，在不同介质中传播速度会不同．注意：①同频率的横波和纵波在相同介质中传播速度不相同．②由公式可知：只要f、v其中一个发生变化，λ必然发生变化，而保持v＝λf的关系，故波长由波源和介质共同决定．③如波由一种介质进入另一种介质时，其频率不变，都等于波源的振动频率，但波速和波长要发生变化．2．波速与质点振动速度的区别波速由介质的性质决定，与波的频率、质点的振幅无关，在同一种均匀介质中波速为一定值；波速与质点的振动速度是两码事，波速是振动形式匀速传播出去的速度，方向与波传播方向相同，质点的振动速度是质点在平衡位置附近振动时的速度，大小、方向均随时间改变．波的传播过程就是振动状态的传播过程．根据Δs＝v·Δt便可求出某一振动状态传到空间某一位置所经历的时间．也可求出经Δt时间，波向前传播的距离(在波速v已知的情况下)．4．关于振动和波的关系，下列说法中正确的是(　　)A．振动是形成波的原因，波动是振动的传播B．振动是单个质点呈现的运动现象，波动是许多质点联合起来呈现的运动现象C．波的传播速度就是质点振动的速度D．对于同一均匀介质中的机械波，各质点在做变速运动，而波的传播速度是不变的E．波源停止振动，介质中的波立即停止传播【解析】　波动是振动的传播，A正确．振动是单个质点的运动现象，波动是振动由近及远传播形成大量质点振动的宏观运动现象，B正确．波的传播速度指振动形式的传播速度，在均匀介质中，波的传播速度不变，而质点的振动速度是周期性变化的，两者有着严格的区别，C错，D正确．波源停止振动，介质中的波还会继续传播，E错误．【答案】　ABD5．(2015·四川高考改编)平静湖面传播着一列水面波(横波)，在波的传播方向上有相距3 m的甲、乙两小木块随波上下运动．测得两小木块每分钟都上下30次．甲在波谷时，乙在波峰，且两木块之间有一个波峰，这列水面波(　　)A．频率是30Hz B．频率为0.5HzC．波长是2 m D．波速为1 m/sE．周期是0.1 s【解析】　由题意知甲、乙两小木块间的距离x＝3 m＝ λ，故波长λ＝2 m．又知两小木块都是每分钟振动30次，故周期T＝2 s，频率f＝0.5 Hz，则波速v＝＝1 m/s.故选项B、C、D正确． 【答案】　BCD6．一列横波沿x轴正方向传播，波速v＝300 m/s.已知x1＝0.30 m和x2＝0.90 m处是振动中位移大小总是相同、方向相反的相邻两点．求这列波的频率．【解析】　在波的传播中，位移总是大小相同、方向相反的两点——振动反相的两点，它们间的距离应等于半波长的奇数倍，即Δx＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)．这样的相邻的两点，平衡位置间距离等于半个波长，即x2－x1＝.由此得λ＝2(x2－x1)＝2×(0.90－0.30)m＝1.20 m.再由v＝λf得f＝＝ Hz＝250 Hz.【答案】　250 Hz由题中条件确定波长，求出周期、频率，由公式v＝λf或v＝求出波速.。