《波长、频率和波速》解读课件.ppt

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1、物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波知识与技能知识与技能1知知道道什什么么是是波波的的波波长长，能能从从波波的的图图象象中中求求出出波波的的波长。波长。2知知道道什什么么是是波波传传播播的的周周期期(频频率率)，理理解解周周期期(频频率率)与质点振动周期与质点振动周期(频率频率)的关系。的关系。3理解波在传播过程中的特点。理解波在传播过程中的特点。4会用公式会用公式vf解答实际的波动问题。解答实际的波动问题。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波过程与方法过程与方法1理理解解波波长长、频频率率和和波波速速之之间间的的关关系系，并并会会应应用用

2、这这一关系进行计算和分析问题。一关系进行计算和分析问题。2结结合合声声波波的的传传播播体体会会波波速速、频频率率与与波波长长的的决决定定因因素。素。情感、态度与价值观情感、态度与价值观1培养学生从图象中获取信息的能力。培养学生从图象中获取信息的能力。2结结合合波波的的周周期期性性和和传传播播方方向向的的双双向向性性，培培养养学学生生多角度思考、解决问题的能力。多角度思考、解决问题的能力。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波1.在在波波动动中中，振振动动相相位位总总是是相相同同的的两两个个_质质点点间间的距离，叫做的距离，叫做_，通常用，通常用_表示。表示。2在在横横波波中中，两两个个_波

3、波峰峰或或者者两两个个_之之间间的的距距离离等等于于波波长长；在在纵纵波波中中，两两个个_密密部部或两个或两个_之之间间的距离等于波的距离等于波长长。3 在在 波波 动动 中中，各各 个个 质质 点点 的的 振振 动动 周周 期期 或或 频频 率率 是是_的的，它它们们都都等等于于_的的振振动动周周期期或或频频率率，这这个周期或个周期或频频率也叫做率也叫做_周期或周期或频频率。率。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波4机机械械波波在在介介质质中中的的传传播播速速度度为为v_，该该式式对对于以后要学于以后要学习习的的电电磁波也适用。磁波也适用。5机机械械波波在在介介质质中中的的传传播播速速

4、度度由由_的的性性质质决决定，在不同的介定，在不同的介质质中，波速是中，波速是_的。的。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波知识点知识点1 波长、频率和波速波长、频率和波速(1)波波长长两两个个相相邻邻的的运运动动状状态态总总是是相相同同的的质质点点间间的的距距离离，或或者者说说在在振振动动过过程程中中，对对平平衡衡位位置置的的位位移移总总是是相相等等的的两两个个相相邻邻质质点点间间的的距距离离叫叫做做波波长长。例例如如，在在横横波波中中两两个个相相邻邻波波峰峰(或或波波谷谷)之之间间的的距距离离，在在纵纵波波中中两两个个相相邻邻密密部部(或或疏

5、疏部部)之之间间的的距离都等于波距离都等于波长长。波。波长长用用表示。表示。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波注意：注意：对波长的认识还有以下几种说法：对波长的认识还有以下几种说法：两两个个相相邻邻的的、在在振振动动过过程程中中对对平平衡衡位位置置的的位位移移总总是是相等的质点间的距离，等于波长。相等的质点间的距离，等于波长。在在横横波波中中，两两个个相相邻邻的的波波峰峰(或或波波谷谷)间间的的距距离离等等于于波长。波长。在在纵纵波波中中，两两个个相相邻邻的的密密部部(或或疏疏部部)中中央央间间的的距距离离等于波长。等于波长。在一个周期内振动在介质中传播的距离等于波长。在一个周期内振动

6、在介质中传播的距离等于波长。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波(2)频频率率(周期周期)由由实实验验观观测测可可知知：波波源源振振动动一一个个周周期期，其其他他被被波波源源带带动动的的质质点点也也刚刚好好完完成成一一次次全全振振动动，且且波波在在介介质质中中往往前前传传播播一一个个波波长长。由由此此可可知知，波波动动的的频频率率(周周期期)就就是是波波源源振振动动的的频频率率(周期周期)。频频率率(周期周期)用用f(T)表示。表示。注注意意：每每隔隔n个个波波长长的的距距离离，波波形形就就重重复复出出现现；每每隔隔n个个周周期期的的时时间间，波波形形恢恢复复原原来来的的形形状状，这这就

7、就是是波波的的“空空间间周期性周期性”和和“时间周期性时间周期性”。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波注注意意：波波速速与与质质点点的的振振动动速速度度不不同同，质质点点的的振振动动是是一种变加速运动，振动速度随时间按正弦规律变化。一种变加速运动，振动速度随时间按正弦规律变化。波波速速的的大大小小由由介介质质的的性性质质决决定定，同同一一列列波波在在不不同同介介质质中中传传播播速速度度不不同同，但但同同一一类类机机械械波波在在同同一一均均匀匀介介质质中中传传播播速速度度相相同同。如如声声波波，在在空空气气中中不不管管哪哪种种频频率率的的波波传传

8、播播速速度相同。度相同。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波【例例1】关于波关于波长长的下列的下列说说法中正确的是法中正确的是()A机械振机械振动动在一个周期内在一个周期内传传播的距离就是一个波播的距离就是一个波长长B在在波波形形图图上上位位移移相相同同的的相相邻邻两两质质点点之之间间的的距距离离等等于一个波于一个波长长C在在波波形形图图上上速速度度最最大大且且相相同同的的相相邻邻两两质质点点间间的的距距离等于一个波离等于一个波长长D在在波波形形图图上上振振动动情情况况总总是是相相同同的的两两点点间间的的距距离离等等于一个波于一个波长长【答案答案】A、C物理选修3-4 物理人教版第十二章

9、 机械波【解解析析】机机械械振振动动的的质质点点在在一一个个周周期期内内向向远远处处传传播播一一个个完完整整的的波波形形，故故A选选项项正正确确；由由波波形形图图可可见见，在在一一个个完完整整波波形形上上，位位移移相相同同的的相相邻邻质质点点之之间间的的距距离离不不一一定定等等于于一一个个波波长长，故故B选选项项错错误误；速速度度最最大大且且相相同同的的质质点点，在在波波形形图图上上是是在在平平衡衡位位置置上上，如如果果相相邻邻，那那么么正正好好是是一一个个完完整整波波形形的的两两个个端端点点，所所以以C选选项项正正确确；振振动动情情况况总总是是相相同同的的两两点间的距离是波长点间的距离是波长

10、的整数倍，故的整数倍，故D选项不正确。选项不正确。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波【思思维维点点悟悟】波波长长是是描描述述波波的的一一个个重重要要物物理理量量，要要从从以以下下几几个个方方面面加加以以理理解解：(1)从从波波的的传传播播上上；(2)从从各各质质点点的相互联系上；的相互联系上；(3)从波形图上。从波形图上。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波对应练习对应练习1如如图图1231所所示示是是一一列列简简谐谐波波在在某某一一时时刻刻的的波波形图象。下列说法中正确的是形图象。下列说法中正确的是()物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波A质质点点A、C、E、G、I在振在

11、振动过动过程中位移程中位移总总是相同是相同B质质点点B、F在振在振动过动过程中位移程中位移总总是相同是相同C质质点点D、H的平衡位置的平衡位置间间的距离是一个波的距离是一个波长长D质质点点A、I在在振振动动过过程程中中位位移移总总是是相相同同，它它们们的的平平衡位置衡位置间间的距离是一个波的距离是一个波长长物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波解解析析：从从题题图图中中可可以以看看出出质质点点A、C、E、G、I在在该该时时刻刻的的位位移移都都是是零零，由由于于波波的的传传播播方方向向是是向向右右的的，容容易易判判断断出出质质点点A、E、I的的速速度度方方向向是是向向下下的的，而而质质点点C

12、、G的的速速度度方方向向是是向向上上的的，因因而而这这五五个个点点的的位位移移不不总总是是相相同同，A错错误误；质质点点B、F是是处处在在相相邻邻的的两两个个波波峰峰的的点点，它它们们的的振振动动步步调调完完全全相相同同，在在振振动动过过程程中中位位移移总总是是相相同同，B正正确确；质质点点D、H是是处处在在相相邻邻的的两两个个波波谷谷的的点点，它它们们的的平平衡衡位位置置之之间间的的距距离离等于一个波长，等于一个波长，C正确；正确；物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波虽虽然然质质点点A、I在在振振动动过过程程中中位位移移总总是是相相同同，振振动动步步调调也也完完全全相相同同，但但由由于

13、于它它们们不不是是相相邻邻的的振振动动步步调调完完全全相相同同的的两两个个点点，它它们们的的平平衡衡位位置置之之间间的的距距离离不不是是一一个个波波长长(应应为为两个波长两个波长)，D错误。错误。答案：答案：B、C物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波知识点知识点2 波长、频率和波速之间的关系波长、频率和波速之间的关系物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波(2)周期和周期和频频率，只取决于波源，而与率，只取决于波源，而与v、无直接关系。无直接关系。(3)速速度度v取取决决于于介介质质的的物物理理性性质质，它它与与T、无无直直接接关关系系。只只要要介介质质不不变变，v就就不不变变，而而不

14、不取取决决于于T、；反反之之如如果介果介质变质变，v也一定也一定变变。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波(4)波波长长则则取取决决于于v和和T。只只要要v、T其其中中一一个个发发生生变变化化，其其值值必然必然发发生生变变化，而保持化，而保持vf的关系。的关系。注注意意：尽尽管管波波速速与与频频率率或或周周期期可可以以由由公公式式vf或或v/T进进行行计计算算，但但不不能能认认为为波波速速与与波波长长、周周期期或或频频率率有有关关，也也不不能能以以为为频频率率或或周周期期会会因因波波速速、波波长长的的不不同同而而不不同同，因因为它们都是确定的，分别取决于介质与波速。为它们都是确定的，分别

15、取决于介质与波速。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波【例例2】一一列列横横波波沿沿x轴轴的的正正方方向向传传播播，波波速速v300 m/s。已已知知x10.30 m和和x20.90 m处处是是振振动动中中位位移移大大小小总总是相同、方向是相同、方向总总是相反的相是相反的相邻邻两点，求两点，求这这列波的列波的频频率。率。【答案答案】250 Hz物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波1.波的多解性波的多解性问题问题由由于于振振动动具具有有周周期期性性，物物体体会会在在不不同同的的时时刻刻多多次次达达到到

16、同同一一位位置置，故故容容易易出出现现多多解解问问题题，而而对对波波动动，波波的的图图象象的的周周期期性性是是波波动动问问题题出出现现多多解解的的最最主主要要因因素素，主主要要包包括括三三种种情况：情况：(1)波波的的传传播播方方向向与与质质点点振振动动方方向向不不确确定定，出出现现多多解解可可能性。能性。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波(2)波波形形移移动动的的距距离离x与与波波长长的的关关系系不不确确定定，必必有有系系列列解解；若若x与与有有一一定定的的约约束束关关系系，可可使使系系列列解解转转化化为为有有限限多多解或唯一解。解或唯一解。(3)波波形形变变化化的的时时间间t与与周

17、周期期T的的关关系系不不确确定定，必必有有系系列列解解；若若t与与T有有一一定定的的约约束束关关系系，可可使使系系列列解解转转化化为为有有限多解或唯一解。限多解或唯一解。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波由由于于波波动动问问题题的的多多解解性性的的出出现现，从从而而导导致致了了求求解解波波动动问问题题的的复复杂杂性性，而而最最容容易易失失误误的的往往往往是是漏漏解解，因因此此在在解解决决振振动动和和波波动动问问题题时时一一定定要要考考虑虑全全面面，尤尤其其是是对对题题设设条条件件模模糊糊，没没有有明明确确说说明明的的物物理理量量，一一定定要要考考虑虑其其所所有有可可能能性性。如如说说质

18、质点点达达到到最最大大位位移移处处，则则有有正正最最大大位位移移与与负负最最大大位位移移两两种种可可能能；质质点点由由平平衡衡位位置置起起振振，起起振振方方向向有有向向上上向向下下两两种种可可能能；只只告告诉诉波波速速不不说说传传播播方方向向，应应考考虑虑沿沿两两个个方方向向传传播播的的可可能能；若若给给出出两两时时刻刻的的波波形形，则则有有可可能能是是波波形形重重复复多多次次后后又又变变至至题题目目所所给给的的相相应应的的后后一一种种波波形形。总总之之，只只要要有有多解意多解意识识，再根据，再根据题题意仔意仔细细分析，就能得到全部的解。分析，就能得到全部的解。物理选修3-4 物理人教版第十二

19、章 机械波【例例3】一一列列简简谐谐横横波波在在t0时时刻刻的的波波形形如如图图1232中中的的实实线线所所示示，t0.02 s时时刻刻的的波波形形如如图图1232虚虚线线所所示。若示。若该该波的周期波的周期T大于大于0.02 s，则该则该波的波的传传播速度可能是播速度可能是()物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波A2 m/sB3 m/sC4 m/s D5 m/s【答案答案】B物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波2波波动图动图象与振象与振动图动图象相象相联联系的系的问题问题求解求解此此类类题题重重点点考考查查波波动动与与振振动动的的联联系系

20、与与区区别别。解解题题时时要要注注意意审审题题，区区别别波波动动图图象象与与振振动动图图象象，以以及及由由于于振振动动和和波波的的周周期期性性而而引引起起的的多多解解性性。一一般般可可以以从从图图上上获获得得T及及波波长长的信息。的信息。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波【例例4】如如图图1233所所示示，图图(a)为为某某一一列列波波在在t1.0 s时时的的图图象，象，图图(b)为为参与参与该该波的波的质质点点P的振的振动图动图象。象。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波(1)求求该该列波的波速；列波的波速；(2)求再求再经过经过3.5 s时时P质质点的路程；点的路程；(3)波

21、的波的传传播方向。播方向。【答案答案】(1)4 cm(2)2.8 m(3)向左传播向左传播物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波分辨不同的声音分辨不同的声音对对只只有有一一个个单单一一频频率率的的声声音音(纯纯音音)，沿沿基基底底膜膜移移动动的的行行波波有有一一振振幅幅最最大大点点(共共振振点点)，使使基基底底膜膜产产生生形形变变，其其位位置置因因频频率率而而变变，高高频频靠靠近近基基部部，低低频频靠靠近近蜗蜗顶顶。不不同同频频率率的的声声音音因因而而可可使使基基底底膜膜不不同同部部位位受受到到不不同同强强度度的的刺刺激激，大大脑脑就就据据此此“知

22、知道道”听听到到了了声声音音的的音音高高(频频率率)。这这便便是是耳耳蜗蜗频频率率分分析析的的部部位位机机理理，这这个个区区别别不不同同音音高高的的过过程程叫叫位位置置模模式。式。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波对对非非单单一一频频率率的的复复音音(从从人人声声到到乐乐器器发发出出的的声声音音都都是是如如此此)，情情况况就就比比较较复复杂杂了了。在在这这种种情情况况下下，沿沿基基底底膜膜分分布布的的共共振振点点很很多多，受受到到刺刺激激的的听听神神经经也也就就很很多多。听听神神经经发发出出的的电电脉脉冲冲与与声声波波的的周周期期有有一一定定的

23、的同同步步关关系系，听听神神经经上上许许多多纤纤维维发发出出的的电电脉脉冲冲因因而而可可与与声声音音频频率率一一致致，这这便便是是耳耳蜗蜗频频率率分分析析的的时时间间机机理理。大大脑脑根根据据接接收收到到的的电电脉脉冲冲的的周周期期来来确定声音的音高，确定声音的音高，这这种分辨音高的种分辨音高的过过程称程称为时间为时间模式。模式。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波例例如如，钢钢琴琴C大大调调Do键键发发出出的的声声音音是是由由264赫赫兹兹的的基基音音以以及及频频率率为为基基音音2倍倍、3倍倍、4倍倍的的泛泛音音组组成成的的。这这时时在在基基底底膜膜的的多多个个点点发发生生变变形形，但

24、但是是从从基基底底膜膜向向大大脑脑发发送送的的神神经经冲冲动动出出现现一一些些相相当当明明显显的的峰峰值值，峰峰值值的的重重复复频频率率和和基基音音是是一一致致的的。这这同同样样适适用用于于多多个个音音符符组组成成的的和和弦弦，如如三三和和弦弦、四四和和弦弦等等。那那些些由由音音乐乐中中泛泛音音，或或者者按按照照传传统统的的和和声声原原则则合合成成的的听听起起来来悦悦耳耳的的音音符符(如如纯纯五五度度音音程程的的DoSo)都都具具有有明明显显的的周周期期性性；那那些些听听起起来来不不和和谐谐的的音音符符(比比如如增增四四度音程的度音程的DoFa)的周期性的周期性则则很弱或完全没有周期性。很弱或

25、完全没有周期性。物理选修3-4 物理人教版第十二章 机械波在在这这种种情情况况下下，大大脑脑不不再再通通过过产产生生神神经经冲冲动动的的听听觉觉神神经经的的位位置置，而而是是通通过过接接收收到到的的电电脉脉冲冲的的重重复复频频率率来来判判断断音音高高。也也就就是是说说，为为了了确确定定一一个个声声音音以以及及它它的的和和谐谐性性，大大脑脑必必须须接接收收清清晰晰的的信信号号，从从某某种种意意义义上上讲讲，它它必必须须能能够够“数数得得清清数数”。这这种种解解释释使使人人想想起起了了18世世纪纪著著名名的的数数学学家家和和哲哲学学家家莱莱布布尼尼兹兹说说过过的的一一句句话话：“音音乐乐是是不不会会数数数数的的大大脑脑进进行的一种数数的算行的一种数数的算术练习术练习。”