教科版 (2019)选择性必修 第一册2 波速与波长、频率的关系教案配套ppt课件

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1.理解波速、波长和频率的关系,掌握计算波速的方法。2.知道波长、振幅、频率、波速的概念,并明确它们间的关系。
1.理解波长、频率和波速的物理意义及其关系。理解波的周期、频率与质点振动周期和频率的关系。形成正确物理观念。2.会进行波长、频率和波速之间的计算,形成科学思维。
一、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,叫作波的波长,常用λ表示。2.横波中任意两个相邻的波峰或波谷的距离就是横波的波长。同样,纵波中任意两个相邻的密部或疏部之间的距离就是纵波的波长。3.当波从一种物质进入另一种物质时波长发生变化吗?答案:当波从一种物质进入另一种物质波速发生变化,频率不变,波长发生变化。
二、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,波的振幅大小反映波所传播能量的大小。
三、频率1.定义:波在传播过程中,介质中各质点振动的频率都相同,这个频率被称为波的频率。2.波的频率等于波源振动的频率,与介质的种类无关。
4.游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的音乐是一样的,这说明什么?答案:说明波由一种介质进入另一种介质时,频率不变,波速会改变。波速与介质有关。
四、波速1.波速:机械波在介质中的传播速度。2.波速的决定因素:由介质本身的性质决定。
4.波速就是质点振动速度吗?答案:波速是振动形式向外传播的速度,始终沿传播方向,在同一介质中波速不变;振动速度是指质点在平衡位置附近振动的速度,大小和方向都随时间做周期性变化,所以波速不是质点的振动速度。
【思考讨论】 1.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。(　　)
2.(多选)关于公式v=λf的理解,正确的是(　　)A.v=λf适用于一切波B.由v=λf知,f增大,则波速v也增大C.v、λ、f三个量中,对同一列波来说,在不同介质中传播时保持不变的只有fD.由v=λf知,波长是4 m的声音为波长是2 m的声音传播速度的2倍答案:AC解析:公式v=λf适用于一切波,无论是机械波还是电磁波,A正确;机械波的波速仅由介质决定,与频率或波长无关,所以B、D错误;对同一列波,其频率由波源决定,与介质无关,故C正确。
3.野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的　　　　(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 答案:频率　不变解析:频率由波源决定,播放速度变为原来的2倍,则声波的频率变为原来的2倍,而声波在介质中的传播速度由介质的性质决定,故声速不变。
下图为一列向右传播的机械波。
(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?(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?(3)质点的振动速度就是波的传播速度吗?
提示:(1)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)相等。(3)不是。
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。(2)根据波形确定:①在波形上,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在波形上,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在波形上,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。
【例题1】 (多选)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
解析:平衡位置相距一个波长的两个质点位移总是相同,加速度也总是相同,速度也总是相同,所以A正确;运动情况总是相同的两个质点可能相距一个波长,也可能相距多个波长,B错误;在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)间的距离等于一个波长,C正确;在横波中,从波峰到相邻的波谷的连线要大于半个波长,应该说它们的平衡位置间的距离等于半个波长,D错误。
对波长的理解误区(1)在理解中要注意“相邻”“同相振动”或“位移总是相等”等关键词。(2)实质:相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动位移在任何时刻都相等,而且振动速度的大小和方向也相同,即相距一个(或整数个)波长的两个质点在任何时刻振动状态都相同。
【变式训练1】 (多选)关于波长,下列说法正确的是(　　)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答案:ACD
解析:根据λ=vT,可知在波的传播方向上,波在一个周期内向前传播的距离是一个波长,A正确;在一个周期内某个质点所走过的路程等于4个振幅,与波长没有关系,B错误;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,C正确;振动速度始终相同的点,振动情况总是相同,所以振动速度始终相同的相邻两质点间的距离等于波长,D正确。
下图为一列向右传播的机械波,当波源1开始振动一个周期时,质点9刚好要开始振动。
(1)再过一个周期,波将传播到哪个质点?画出一个周期后的波形。(2)经过一个周期,波传播了多大的距离?怎样计算波传播的速度?
提示:(1)再过一个周期,波将传播到质点17。波形如图所示。
波长、波速和频率(周期)的决定因素(1)周期和频率:只取决于波源,波的周期和频率总是等于波源的周期和频率。当波从一种介质进入另一种介质时,波的周期和频率不变。(2)波速:决定于介质的物理性质,在同一种均匀介质中,波沿直线匀速传播,波在不同的介质中传播时波速一般不同。
决定,这些因素同时又共同决定了波长λ,即波长由波源和介质共同决定,也可以说成是波长λ由周期T和波速v共同决定。
【例题2】 平静湖面有一列水面波(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振动30次,甲在波谷时,乙在波峰,且两木块之间有一个波峰。则这列水面波(　　)A.频率是30 HzB.波长是3 mC.波速是1 m/sD.周期是0.1 s答案:C
(1)波速与振动速度不同:波在同一均匀介质中匀速向前传播,波速v是不变的;而质点的振动是变加速运动,振动速度随时间变化。(2)波速的求解:在同一均匀介质中,波速不变,波速等于波沿传播方向传播
【变式训练2】 (多选)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s。下列说法正确的是(　　)A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为6 HzC.该水面波的波长为3 mD.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移答案:ACD
解析:水面波是机械振动在水面上传播,是一种典型机械波,A正确;从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形,时间间隔为15 s,所以其振动周期
【变式训练3】 声波在空气中的传播速度为340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/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1.00 s。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。 
解析:设声波在钢铁中的传播时间为t,由L=vt知,340 m/s(t+1.00 s)=4 900
1.(波长、频率、周期和波速的理解)(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答案:BD
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,与波源的振动速度不同,选项C错误;波在同一种均匀介质中匀速传播,进入不同介质时,频率不变,但波速改变,由v=λf可知波长改变,选项D正确。
2.(波长、频率、周期和波速的理解)(多选)一振动周期为T、振幅为A、位于x=0点的波源从平衡位置沿y轴正方向开始做简谐运动。该波源产生的一列简谐横波沿x轴正方向传播,波速为v,传播过程中无能量损失。一段时间后,该振动传播至某质点P,关于质点P振动的说法正确的是(　　)A.振幅一定为A,周期一定为TB.速度的最大值一定为vC.开始振动的方向沿y轴正方向或负方向取决于它离波源的距离D.若质点P与波源的距离x=vT,则质点P振动后任一时刻的位移与波源的位移相同答案:AD
解析:机械波的传播是将波源的振动形式和能量向外传递的过程,对简谐波而言,介质中各振动质点的振幅和周期都与波源相同,A正确;质点P的振动速度与波的传播速度v无关,B错误;质点P开始振动的方向与波源开始振动的方向相同,与它们的距离无关,C错误;若质点P与波源的距离x=vT=λ,因相差波长λ整数倍的质点振动情况都相同,故D正确。
3.(波长、频率、周期和波速的理解)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,某时刻的波形如图所示。下列说法正确的是(　　)A.该波的波长逐渐增大B.该波的频率逐渐增大C.该波的周期逐渐增大D.该波的波速逐渐减小
答案:B解析:绳波在同一绳中传播,波速不变,由题图看出,此波的波长减小,由v=λf分析得知,频率增大,周期减小,故B正确。
4.(波速与波长、周期、频率的关系)(多选)湖面上停着A、B两条小船,它们相距20 m,一列水波正在湖面上沿AB连线方向传播,每条小船每分钟上下浮动20次。当A船位于波峰时,B船在波谷,两船之间还有一个波峰。下列说法正确的是(　　)
D.若引起水波的波源振动加快,波的传播速度将变慢