波长频率和波速 优秀课件.ppt
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1、波长频率和波速 第1页,本讲稿共28页复习波的图象第2页,本讲稿共28页复习波的图象x/cmy/cm00.20.40.6x=0、x=0.1、x=0.2、x=0.3、x=0.4、x=0.5、x=0.6这这些质点的振动方向如何?些质点的振动方向如何?在这些质点中振动相同的是哪些点?在这些质点中振动相同的是哪些点?在以上各组之间又有什么不同呢?在以上各组之间又有什么不同呢?振动完全相同指什么?振动完全相同指什么?相邻的振动完全相同的质点间的水平距离都相等吗?相邻的振动完全相同的质点间的水平距离都相等吗?v第3页,本讲稿共28页一、波长一、波长在在波波动动中中对对平平衡衡位位置置的的位位移移总总是是相
2、相等等(包包括括大大小小和和方方向向)的的两两相相邻邻质质点点间间的的距距离离叫叫做波的波长做波的波长在在波波动动中中,振振动动相相位位总总是是相相同同的的两两相相邻邻质质点点间间的的 距距 离离 叫叫 做做波波 长长。第4页,本讲稿共28页在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离在横波中,两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于波长,在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)等于波长,在纵波中,两个相邻的密部(或疏部)之间的距离等于波长之间的距离等于波长在波的传播方向上(或平衡位置之间)相距在波的传播方向上(或平衡位置之间)相距 的的两质点振动步调总是相反的两质点振动步调总是相反的相距波长整数倍两
3、质点(同相质点)的振动步调总相距波长整数倍两质点(同相质点)的振动步调总是相同的在波的传播方向上相距奇数倍的两质点是相同的在波的传播方向上相距奇数倍的两质点(反相质点)振动步调总是相反的(反相质点)振动步调总是相反的第5页,本讲稿共28页相相位位总总是是相相同同”-“位移、速度、加速度时时刻刻都相等”第6页,本讲稿共28页二、周期和频率二、周期和频率波的周期(或频率):波源或介质中各质点波的周期(或频率):波源或介质中各质点振动的周期(或频率)就是波的周期(或频振动的周期(或频率)就是波的周期(或频率)率)波的周期由波源决定,同一列波在不同介质中波的周期由波源决定,同一列波在不同介质中传播时周
4、期(或频率)保持不变传播时周期(或频率)保持不变每经历一个周期的时间,当前的波形图与每经历一个周期的时间,当前的波形图与原有的波形图相同原有的波形图相同第7页,本讲稿共28页三、波速三、波速单位时间内振动所传播的距离叫波速它反单位时间内振动所传播的距离叫波速它反映振动在介质中传播的快慢程度映振动在介质中传播的快慢程度.波速的大小由介质的性质决定,同一列波在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不同介质中传播速度不同波波在在均均匀匀介介质质中中是是匀匀速速传传播播的的,即即,它它向向外外传传播播的的是是振振动动的的形形式式,而而不不是是将将质质点点向向外外迁迁移移波波速速与
5、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,因此质点的振动速度一种变加速运动,因此质点的振动速度 时刻在变时刻在变例如声波在例如声波在15 0C的空气中的传播速度为的空气中的传播速度为340m/s,在水,在水中的传播速度为中的传播速度为1450m/s,而在钢铁中的速度达到,而在钢铁中的速度达到4900m/s第8页,本讲稿共28页1.波速等于波长和频率的乘积波速等于波长和频率的乘积.2.经过一个周期,振动在介质中传播的距离经过一个周期,振动在介质中传播的距离等于一个波长等于一个波长.四、波长、周期(频率)和波速的关系 机械波在介质中传播的速度等于波传播的距离与
6、所用时间的比值 当s=时t=T 代入有 第9页,本讲稿共28页对三者关系的理解对三者关系的理解:波波速速等等于于波波长长和和频频率率的的乘乘积积这这一一关关系系虽虽从从机机械械波波得得到到,但但对对其其他他形形式式的的彼彼(电电磁磁波波、光光波波)也成立也成立波速由介质决定,同一列波波速由介质决定,同一列波在不同介质中,波速不同。在不同介质中,波速不同。周周期(或频率)由振源决定期(或频率)由振源决定当一列波从一种介质进入另一当一列波从一种介质进入另一种介质传播时,周期(或频率)保持不变种介质传播时,周期(或频率)保持不变但由于波速的但由于波速的变化而导致波长的变化变化而导致波长的变化(在不同
7、温度时,波速是不同的,温度高时波速大)第10页,本讲稿共28页例题:如图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲例题:如图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线线.经经0.5s后,其波形如图中虚线所示设该波的周期后,其波形如图中虚线所示设该波的周期大于大于0.5s(1)如果波是向左传播的,波速是多大)如果波是向左传播的,波速是多大?波的周期是波的周期是多大多大?(2)如果波是向右传播的,波速是多大)如果波是向右传播的,波速是多大?波的周期是波的周期是多大多大?y/cm12243648O-1010 x/cm123五、应用第11页,本讲稿共28页汶川地震破裂过程汶川地震破裂过程汶川大地震过程中地表
8、位移场的变化汶川大地震过程中地表位移场的变化第12页,本讲稿共28页地震弹性波地震弹性波(3.4Km/s)横波横波地震弹性波地震弹性波(5.6Km/s)纵波纵波 震源正上方的地面叫震中,地震时,首先到达地面的是震源正上方的地面叫震中,地震时,首先到达地面的是纵波,这时在震中的人们会感到上下颠簸,接着横波传来,纵波,这时在震中的人们会感到上下颠簸,接着横波传来,又会感到左右摇摆。测出地震开始时纵波和横波到来的时间又会感到左右摇摆。测出地震开始时纵波和横波到来的时间差,可大致算出地震源到观测点的距离。差,可大致算出地震源到观测点的距离。第13页,本讲稿共28页例题例题:如图在一条直线上有三点如图在
9、一条直线上有三点S、M、N,S为波源,距为波源,距M点为点为12m,距,距N点为点为21m由于波由于波源源S的振动在直线上形成一列横波,其波长为的振动在直线上形成一列横波,其波长为8m,波速为,波速为4m/s,下列说法中正确的是(,下列说法中正确的是()AM点点先先开开始始振振动动,N点点后后振振动动,振振动动时时间间相相差差2.25s,但振动周期都为,但振动周期都为2sBM点在最高点时,点在最高点时,N点在平衡位置以上向下振动点在平衡位置以上向下振动CM点在最高点时,点在最高点时,N点在平衡位置以上向上振动点在平衡位置以上向上振动D振动过程中振动过程中M、N两点的位移有可能在某时刻相两点的位
10、移有可能在某时刻相 同同第14页,本讲稿共28页 解解析析:由由v=/T得得T=/v=8/4=2s,由由于于S为为波波源源,波波向向右右传传播,由播,由v=s/t,得波从得波从M传到传到N的时间的时间 t=s/v=2.25s,则,则A对对;M、N相相距距9m,则则N点点的的振振动动与与M点点后后1m的的质质点点的的振振动动完完全全相相同同,当当M点点在在最最高高点点时时,M点点后后1m的的质质点点已已过过了了平平衡衡位位置置向向最高点运动,则最高点运动,则N点也在平衡位置上方向上振动,则点也在平衡位置上方向上振动,则C对对B错错;实实际际振振动动过过程程中中任任意意两两点点的的位位移移都都有有
11、可可能能相相同同,因因为为当当这这两两点点的中间点处于最大位移时,此两点的位移就相同,则的中间点处于最大位移时,此两点的位移就相同,则D对对.所以,正确选项为所以,正确选项为A、C、D第15页,本讲稿共28页作业:练习二作业:练习二 3、4、5、6题 六、总结、拓展六、总结、拓展 1必须明确:频率是由振源决定的,波速是由介质决定的,波长是由振源和介质共同决定的 2解决波动问题的主要方法有两种:一是利用“质点振动”;二是利用“波形移动”,注意灵活运用 3可能出波形图与经济增长曲线、股市指数变化曲线的综合题第16页,本讲稿共28页七、随堂练习七、随堂练习1关于振动和波的关系,下面哪句话正确 ()A
12、有机械波必有机械振动有机械波必有机械振动B有机械振动必有机械波C某振源产生的波的频率一定与该振源的频率相同某振源产生的波的频率一定与该振源的频率相同D振源的振动速度和波速是一样的2关于波长的说法正确的是 ()A波长等于一周期内,振动在媒质中的传播距离波长等于一周期内,振动在媒质中的传播距离B波长等于两个相邻的振动方向总是相同的质点间距离波长等于两个相邻的振动方向总是相同的质点间距离C波长等于两个相邻的振动方向总是相反的质点间距离D波长等于两个相邻的振动方向总是相反的质点间距离的2倍ACAB第17页,本讲稿共28页3如图所示为一简谐横波在如图所示为一简谐横波在t1=0时的波图,时的波图,振源的振
13、动周期为振源的振动周期为0.4s,则,则t1=0到到t2=2.5s的时间内,质点的时间内,质点M通过路程是通过路程是 ,位移是位移是 1.25m5cm或-5cm y/cm0.20.40.60.8O-55x/mM第18页,本讲稿共28页练习七 1、一个高个子人和一个矮个子人并、一个高个子人和一个矮个子人并肩行走,那个人的双腿前后交替更肩行走,那个人的双腿前后交替更迅速?如果把他们和两列波类比。迅速?如果把他们和两列波类比。波长、频率、波速可以比作什么?波长、频率、波速可以比作什么?2、每秒做、每秒做100次全振动的波源产生次全振动的波源产生的波,它的频率、周期各是多少?的波,它的频率、周期各是多
14、少?如果波速是如果波速是10m/s,波长是多少?,波长是多少?3、一艘渔船停泊在岸边,如果、一艘渔船停泊在岸边,如果 海海浪的两个相邻波峰的距离是浪的两个相邻波峰的距离是6 m,海浪的速度是海浪的速度是15m/s,与船摇晃的,与船摇晃的周期是多少?周期是多少?第19页,本讲稿共28页八、超声波及其应用结束 人耳最高只能感觉到大约人耳最高只能感觉到大约2020000Hz的声波的声波,振动频率低于振动频率低于20Hz的声波称为的声波称为次声次声,振动频率高于,振动频率高于20kHz的声波称为的声波称为超声波超声波,次声和超声波是一种听不,次声和超声波是一种听不见的声波由于超声波不能直接被人们所听见
15、,因此见的声波由于超声波不能直接被人们所听见,因此对于它的发现和认识也是比较晚的,超声波的发展历对于它的发现和认识也是比较晚的,超声波的发展历史大概仅有史大概仅有100年左右由于它具有许多独到之处和年左右由于它具有许多独到之处和优点,因此,在其崭露头角的不久就得到了许多应优点,因此,在其崭露头角的不久就得到了许多应用,并迅速地发展成为一门新兴的边缘学科用,并迅速地发展成为一门新兴的边缘学科超声超声学学 第20页,本讲稿共28页超声波主要的两个特点:超声波主要的两个特点:1、波长短、波长短 2、功率大、功率大1、波长短、波长短顾名思义,超声波的频率超过声波的频率,在20kHz以上,目前使用的超声
16、波从20kHz到几十兆赫,频率很高,亦即波长很短例如,水下通讯、探测声纳、超声诊断、超声成像以及在液体中使用的超声波,其波长为15cm1.5cm;金属超声探伤所用的波长为1.2cm0.4cm;在气体中使用的超声波(如用于空气净化、气象监测以及捕集悬浮微粒等),所用的波长为17cm7cm,同无线电波相比相当于超高频(SHF)到极高频(EHF)频段,近年来还开始使用波长更短的超声波,其频率在10MHz以上,其波长只有几十微米,已接近可见光的波长了第21页,本讲稿共28页超声波的一些物理性质超声波的一些物理性质(1)超声波的)超声波的传播类似于光线传播类似于光线,遵循几何光学的规律,具,遵循几何光学
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