高中物理人教版 (新课标)选修33 波长、频率和波速授课课件ppt

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第三节　波长、频率和波速
课标定位学习目标：1.理解波长、频率和波速的物理意义以及相互关系．2．会应用波的知识分析和解决问题．重点难点：1.波长、频率、波速这三个物理量及这三个量间的关系．2．波的传播具有空间、时间上的周期性，易出现多解问题．
一、波长(λ)1．定义：在波动中，___________总是相同的两个______质点间的距离，叫做波长，用λ表示．2．特征：在横波中，两个___________或两个___________之间的距离等于波长；在纵波中，两个___________或两个___________之间的距离等于波长．
三、波速(v)1．波速：波速是指机械波在介质中______的速度．波速等于波长与周期的比值．2．波速公式： ______ ，它又等于______与______的乘积，公式为______ .3．决定波速的因素：机械波在介质中的传播速度由___________的性质决定，在不同的介质中，波速______，另外，波速还与______有关．4．决定波长的因素：波长由______和______共同决定．
一、波长的确定及波长、频率、波速的关系1．波长的确定(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)根据波动图象确定①在波动图象上，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在波动图象上，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在波动图象上，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．
特别提醒：(1)波从一种介质进入另外一种介质，波源没变，波的频率不会发生变化；介质的变化导致了波速和波长的改变．(2)波长也是波的周期性的体现，它体现的是波的空间上的周期性．
即时应用(即时突破，小试牛刀)1．简谐波在给定的介质中传播时，下列说法中正确的是(　　)A．振幅越大，则波传播的速度越快B．频率越高，则波传播的速度越快C．在一个周期内，振动质点走过的路程等于一个波长D．在一个周期内，波传播的距离等于一个波长
解析：选D.波在介质中传播的快慢程度称为波速．波速的大小由介质本身的性质决定,与振幅无关，所以A、B选项错．由于振动质点做简谐运动．在一个周期内,振动质点走过的路程等于振幅的4倍，所以C选项错误；经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长λ，D选项正确．
二、波的多解问题及处理方法1．造成波动问题多解的主要因素(1)周期性①时间周期性：相隔周期整数倍时间的两个时刻的波形图完全相同，时间间隔Δt与周期T的关系不明确造成多解．②空间周期性：沿传播的方向上，相隔波长的整数倍距离的两质点的振动情况完全相同，质点间距离Δx与波长λ的关系不明确造成多解．
(2)双向性对给定的波形图，波的传播方向不同，质点的振动方向也不同，反之亦然．①传播方向双向性：波的传播方向不确定．②振动方向双向性：质点振动方向不确定．
2．波动问题的几种可能性(1)质点达到最大位移处，则有正向和负向最大位移两种可能．(2)质点由平衡位置开始振动，则有起振方向向上、向下(或向左、向右)的两种可能．(3)只告诉波速不指明波的传播方向，应考虑沿x轴正方向和x轴负方向两个方向传播的可能．(4)只给出两时刻的波形，则有多次重复出现的可能等．
3．解决波的多解问题的方法(1)解决周期性多解问题时，往往采用从特殊到一般的思维方法，即找到一个周期内满足条件的特例，在此基础上，再加上时间nT；或找到一个波长内满足条件的特例，在此基础上再加上距离nλ.(2)解决双向性多解问题时,养成全面思考的习惯，熟知波有向正、负(或左、右)两方向传播的可能，质点有向上、下(或左、右)两方向振动的可能．
即时应用(即时突破，小试牛刀)2．一列简谐横波沿x轴正方向传播，振幅为A.t＝0时，平衡位置在x＝0处的质点位于y＝0处，且向y轴负方向运动；此时，平衡位置在x＝0.15 m处的质点位于y＝A处．该波的波长可能等于(　　)A．0.60 m　　　　　　B．0.20 mC．0.12 m D．0.086 m
图12－3－1是一列简谐波在某一时刻的波形图象．下列说法中正确的是(　　)图12－3－1
A．质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同的B．质点B、F在振动过程中位移总是相等C．质点D、H的平衡位置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，它们的平衡位置间的距离是一个波长
【精讲精析】　从图象中可以看出质点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，因而这五个点的位移不总是相同，所以选项A是错误的．质点B、F是处在相邻的两个波峰的点，它们的振动步调完全相同，在振动过
程中位移总是相等的,故选项B是正确的．质点D、H是处在相邻的两个波谷的点，它们的平衡位置之间的距离等于一个波长，所以选项C也是正确的．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，它们的平衡位置之间的距离不是一个波长(应为两个波长),所以选项D是错误的．【答案】　BC
【误区警示】　由于波的周期性，每时每刻振动相位或位移总是相同的点有很多，只有相邻的两质点间的距离才等于一个波长．
变式训练1　关于机械波的波长，下列说法正确的是 (　　)A．平衡位置相距一个波长的两个质点运动情况总是相同B．运动情况总是相同的两个质点相距一个波长C．在横波中，两个相邻的波峰间的距离等于一个波长D．在横波中，波峰到相邻的波谷之间的距离等于半个波长答案：AC
如图12－3－2所示，图甲为某一波动在t＝1.0 s时的图象，图乙为参与该波动的质点P的振动图象．图12－3－2
(1)判断波的传播方向；(2)求该波波速．
【答案】　(1)向左传播　(2)4.0 m/s
变式训练2　(2010年高考浙江卷)在O点有一波源,t＝0时刻开始向上振动,形成向右传播的一列横波．t1＝4 s时，距离O点为3 m的A点第一次达到波峰；t2＝7 s时，距离O点为4 m的B点第一次达到波谷．则以下说法正确的是(　　)A．该横波的波长为2 mB．该横波的周期为4 sC．该横波的波速为1 m/sD．距离O点为1 m的质点第一次开始向上振动的时刻为6 s末
如图12－3－3所示，实线是某时刻的波形图象，虚线是0.2 s后的波形图．图12－3－3
(1)若波向左传播，求它的可能周期和最大周期．(2)若波向右传播，求它的可能传播速度．(3)若波速是45 m/s，求波的传播方向．
【误区警示】　在解决波动问题时，一定要注意考虑波传播方向的双向性，以及时间的周期性和空间的周期性，即Δt＝nT＋t，Δx＝nλ＋x.
变式训练3　一列简谐横波沿直线由a向b传播，相距10.5 m的a、b两处的质点振动图象如图12－3－4中a、b所示，则(　　)图12－3－4
A．该波的振幅可能是20 cmB．该波的波长可能是8.4 mC．该波的波速可能是10.5 m/sD．该波由a传播到b可能历时7 s