高中物理人教版4第十二章機(jī)械波3波長(zhǎng)頻率和波速 第12章

3波長(zhǎng)、頻率和波速學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道波長(zhǎng)的含義，能從波的圖象中求波長(zhǎng)．(重點(diǎn))2．知道波傳播的周期(頻率)，理解周期(頻率)與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)周期(頻率)的關(guān)系．3．理解波在傳播過程中的特點(diǎn)．4．理解波長(zhǎng)、波速和周期之間的關(guān)系，會(huì)運(yùn)用公式v＝λf解答問題．(難點(diǎn))波長(zhǎng)、周期和頻率eq\a\vs4\al([先填空])1．波長(zhǎng)(1)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，通常用λ表示．(2)特征在橫波中，兩個(gè)相鄰波峰或兩個(gè)相鄰波谷之間的距離等于波長(zhǎng)．在縱波中，兩個(gè)相鄰疏部或兩個(gè)相鄰密部之間的距離等于波長(zhǎng)．2．周期、頻率(1)規(guī)律在波動(dòng)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期或頻率是相同的，它們都等于波源的振動(dòng)周期或頻率．(2)決定因素波的周期或頻率由波源的周期或頻率決定．(3)時(shí)空的對(duì)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(zhǎng)．(4)周期與頻率關(guān)系周期T與頻率f互為倒數(shù)，即f＝eq\f(1,T).eq\a\vs4\al([再判斷])1．兩個(gè)波峰(或波谷)之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(×)2．兩個(gè)密部(或疏部)之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(×)3．振動(dòng)在介質(zhì)中傳播一個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)間是一個(gè)周期．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．某時(shí)刻，兩個(gè)相鄰的、位移相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離等于波長(zhǎng)嗎？【提示】不一定．某時(shí)刻兩質(zhì)點(diǎn)位移相等，間距卻不一定等于波長(zhǎng)．2．波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離是一個(gè)波長(zhǎng)，那么在一個(gè)周期內(nèi)質(zhì)點(diǎn)通過的路程是否為一個(gè)波長(zhǎng)？為什么？【提示】不是．因?yàn)椴ㄔ趥鞑r(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)通過的路程為振幅的四倍，而不是一個(gè)波長(zhǎng)．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．關(guān)于波長(zhǎng)的定義：“振動(dòng)相位總是相同”和“相鄰兩質(zhì)點(diǎn)”是波長(zhǎng)定義的兩個(gè)必要條件，缺一不可；在波的圖象中，無論從什么位置開始，一個(gè)完整的正(余)弦曲線對(duì)應(yīng)的水平距離為一個(gè)波長(zhǎng)．2．關(guān)于波長(zhǎng)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(zhǎng)，即波在一個(gè)周期內(nèi)向前傳播一個(gè)波長(zhǎng)．可推知，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)eq\f(1,4)周期，波向前傳播eq\f(1,4)波長(zhǎng)；反之，相隔eq\f(1,4)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)的時(shí)間間隔是eq\f(1,4)周期．并可依此類推．3．波的空間周期性(1)相隔距離為一個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)情況完全相同，且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(zhǎng)顯示了波的空間周期性．(2)相隔距離為半波長(zhǎng)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．1.如圖12-3-1所示是一列簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻的波形圖象．下列說法中正確的是()圖12-3-1A．質(zhì)點(diǎn)A，C，E，G，I在振動(dòng)過程中位移總是相同的B．質(zhì)點(diǎn)B，F(xiàn)在振動(dòng)過程中位移總是相同的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)過程中位移總是相同的，它們的平衡位置間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)E．C，E兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況總是相反的【解析】從圖象中可以看出質(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向右的，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)質(zhì)點(diǎn)的位移不總是相同，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤．質(zhì)點(diǎn)B，F(xiàn)是處在相鄰的兩個(gè)波峰的點(diǎn)，它們的振動(dòng)步調(diào)完全相同，在振動(dòng)過程中位移總是相等的，故選項(xiàng)B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)，所以選項(xiàng)C正確．雖然質(zhì)點(diǎn)A，I在振動(dòng)過程中位移總是相同的，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)完全相同的兩個(gè)質(zhì)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))，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤．C，E兩質(zhì)點(diǎn)相隔半個(gè)波長(zhǎng)選項(xiàng)E正確．【答案】BCE2．關(guān)于波的周期下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570054】A．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期就是波的周期B．波的周期是由波源驅(qū)動(dòng)力的周期決定的C．波的周期與形成波的介質(zhì)的密度有關(guān)D．經(jīng)歷整數(shù)個(gè)周期波形圖重復(fù)出現(xiàn)，只是波形向前移動(dòng)了一段距離E．經(jīng)歷整數(shù)個(gè)周期波形圖重復(fù)出現(xiàn)，質(zhì)點(diǎn)向沿波傳播的方向前進(jìn)整數(shù)個(gè)波長(zhǎng)的距離【解析】波的周期是由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的周期決定的，故A選項(xiàng)正確；波的周期等于波源驅(qū)動(dòng)力的周期，與介質(zhì)無關(guān)，故B選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D選項(xiàng)正是波的周期性的體現(xiàn)，故D正確．質(zhì)點(diǎn)不隨波遷移，E選項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】ABD3．關(guān)于波長(zhǎng)的下列說法中正確的是()A．機(jī)械振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離就是一個(gè)波長(zhǎng)B．在波形圖上位移相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)C．在波形圖上速度最大且相同的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)D．在波形圖上振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)E．波長(zhǎng)是波的空間周期性的體現(xiàn)【解析】機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播一個(gè)完整的波形，故A項(xiàng)正確；由波形圖可見，在一個(gè)完整波形上，位移相同的相鄰質(zhì)點(diǎn)之間距離不一定等于一個(gè)波長(zhǎng)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；速度最大且相同的質(zhì)點(diǎn)，在波形圖上是在平衡位置上，如果相鄰，那么正好是一個(gè)完整波形的兩個(gè)端點(diǎn)，所以C項(xiàng)正確；振動(dòng)情況總是相同的兩質(zhì)點(diǎn)間的距離是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，故D項(xiàng)錯(cuò)誤，E項(xiàng)正確．【答案】ACE波長(zhǎng)的三種確定方法(1)根據(jù)定義確定：①在波動(dòng)中，振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)．②波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)．(2)根據(jù)波的圖象確定：①在波的圖象上，振動(dòng)位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．②在波的圖象上，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度)總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．③在波的圖象上，兩個(gè)相鄰波峰(或波谷)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)．(3)根據(jù)公式λ＝vT來確定．波速eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：波速是指波在介質(zhì)中傳播的速度．2．公式：v＝eq\f(λ,T)＝λf3．決定因素機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)的性質(zhì)決定，在不同的介質(zhì)中，波速一般不同．4．決定波長(zhǎng)的因素：波長(zhǎng)由波速和頻率共同決定．eq\a\vs4\al([再判斷])1．不同頻率的波在同一種介質(zhì)中傳播，波速不同．(×)2．同一列波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)不變的量是頻率．(√)3．波在同一種均勻介質(zhì)中是勻速向外傳播的．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．波的傳播速度取決于什么？不同頻率的橫波在同一種介質(zhì)中的傳播速度是否相同？【提示】波的傳播速度取決于介質(zhì)，同一種介質(zhì)中頻率不同的機(jī)械波傳播速度相同．2．當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)、頻率和波速哪個(gè)物理量保持不變？【提示】當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率保持不變，波長(zhǎng)和波速會(huì)發(fā)生變化．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．波速的實(shí)質(zhì)：波的傳播速度即波形的平移速度．2．波速與振動(dòng)速度波速與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度不同，波速是振動(dòng)形式勻速向外傳播的速度，始終沿傳播方向；振動(dòng)速度是指質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近振動(dòng)的速度，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化．3．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(zhǎng)的改變．4．一漁船停泊在岸邊，若海浪的兩相鄰波峰的距離是12m，海浪的速度是6m/s，則漁船搖晃的周期是________.【解析】海浪的波長(zhǎng)λ＝12m，海浪的速度是v＝6m/s，由波速公式v＝eq\f(λ,T)得周期T＝eq\f(λ,v)＝eq\f(12,6)s＝2s.【答案】2s5．一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播，傳到M點(diǎn)時(shí)波形如圖12-3-2所示，再經(jīng)s，N點(diǎn)開始振動(dòng)，則該波的振幅A為________，頻率f為________．圖12-3-2【解析】由圖可知振幅A＝0.5m．波從M傳到N的過程，波速v＝eq\f(x,t)＝eq\f(11－5,m/s＝10m/s.由圖可知λ＝4m，所以T＝eq\f(λ,v)＝s，f＝eq\f(1,T)＝Hz.【答案】0.5m,6．圖12-3-3(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t＝2s時(shí)的波形圖，圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x＝1.5m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，P是平衡位置為x＝2m的質(zhì)點(diǎn)．下列說法正確的是(a)(b)圖12-3-3A．波速為0.5B．波的傳播方向向右C．0～2s時(shí)間內(nèi)，P運(yùn)動(dòng)的路程為8D．0～2s時(shí)間內(nèi)，P向y軸正方向運(yùn)動(dòng)E．當(dāng)t＝7s時(shí)，P恰好回到平衡位置【解析】由題圖(a)讀出波長(zhǎng)λ＝2.0m，由題圖(b)讀出周期T＝4s，則v＝eq\f(λ,T)＝0.5m/s，選項(xiàng)A正確；題圖(a)是t＝2s時(shí)的波形圖，題圖(b)是x＝1.5m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，所以該質(zhì)點(diǎn)在t＝2s時(shí)向下振動(dòng)，所以波向左傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在0～2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P由波峰向波谷振動(dòng)，通過的路程s＝2A＝8cm，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；t＝7s時(shí)，P點(diǎn)振動(dòng)了eq\f(7,4)個(gè)周期，所以這時(shí)P點(diǎn)位置與t＝eq\f(3,4)T＝3s時(shí)位置相同，即在平衡位置