第十二章 机械波
§12.3波长、频率和波速 教案学案练案 第一课时
备课:杨萍 审核:姚乐
一、教学目标
1、知识目标:
①知道什么是波的波长,能在波的图象中求出波长。
②知道什么是波传播的周期(频率),理解周期与质点振动周期的关系。
③理解决定波的周期的因素,并知道其在波的传播过程中的特点。
④理解波长、周期(频率)和波速的物理意义及它们之间的关系,并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。
2、能力目标:
学会应用波长、周期(频率)和波速的关系分析解决实际问题的方法。
二、教学重点:
理解波长、周期(频率)和波速的物理意义及它们之间的关系,并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。
三、教学方法:
实验演示和多媒体辅助教学
四、教 具:
波动演示仪、演示波的图象用的教学课件、计算机、大屏幕
教学过程:
A课前
一、波长(λ)
在教材中的图可以看出,由质点1发出的振动传到质点13,使质点13开始振动时,质点1完成一次全振动,因而这两个质点的振动步调完全一致。也就是说,至两个质点在振动中的任何时刻,对平衡位置的位移大小和方向总是相等的。我们就把这样两个质点之间的距离叫做波长。
【识记】1、波长的定义
2、几点说明
要理解“位移总相等”的含义。这里要求的是每时每刻都相等。如图10-10所示,如E、F两点在图示的时刻位移是相等的,但过一段时间后,位移就不一定相等,所以E、F两点的距离就不等于一个波长。
【识记】(1)“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”。
【识记】(2)位移总相等的两个质点,其速度也总是相等的。
在横波中,两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中,两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长。
结合图10-10,我们可以看到,相距λ/2的两个质点振动总是相反的。进而可以总结出这样的结论:相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的;相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。
【识记】(3)相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的;相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。
二、周期(T)、频率(f)
在波的传播过程中,由于波源质点的振动,而带动相邻的质点依次振动,各个质点振动的周期与频率,都与波源质点的振动周期和频率相同。所以波的传播是具有周期性的。因此,为了描述波的传播过程,还需要引入物理量——周期和频率。
【识记】1、波源质点振动的周期(或频率)就是波的周期(或频率)。
2、几点说明
由于波的周期(或频率)就是波源质点振动周期(或频率),所以波的周期(或频率)应由波源决定,与传播波的介质无关。
【识记】(1)、同一种波在同一种介质中传播时周期(或频率)保持不变。
由教材中图可以看到,波动每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。
【识记】(2)、每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。
从波的图象变化情况,我们可以看到,每经历一个周期,原来时刻的波形图形状不会发生改变,这正体现了波动的周期性。
【识记】(3)、每经历一个周期,原有的波形图不改变。
三、波速(v)
波源质点作简谐运动时,在它的带动下,介质中的各个质点先后从平衡位置做简谐运动。这种状态在介质中就由近及远地向前传播出去。由此我们看到,波的传播是有一定速度的。波速的含义和物体运动速度的含义是相同的。波速描述的是振动在介质中传播的快慢程度。
【识记】1、波速的定义: ;公式:
对于物理量波速,我们也许要理解一些有关的问题。
【识记】2、几点说明。
同一振动在不同介质中传播的快慢程度是不同的,也就是说,同一列波在不同介质中传播的速度不同。由此我们还可以想到,在同一均匀介质中,同一列波的波速应是不变的。
【识记】(1)波速的大小由 的性质决定,同一列波在不同介质中传播速度 同。
【识记】(2)一列波在同一均匀介质中是 传播的,即s=vt.
【识记】(3)要区分波速与质点振动速度的含义:波速和质点振动的速度有着完全不同的含义。前者在同种均匀介质中具有某一定值,后者的大小和方向都是随时间改变的
四、波长、周期(或频率)和波速的关系
在波动中,每经过一个周期T,振动在介质中传播的距离等于一个波长λ。由此我们可以找到λ、T(或f)和v三者之间的关系。
【识记】1、v=λ/T
由于周期T和频率f互为倒数(即f=1/T),所以v、λ与f还应有如下对应关系。
【识记】2、v=λf
波由一种介质进入另一种介质,频率不变,波长和波速都要改变。λ1/ λ2=v 1 /v 2
五、波的两大特性: 双向性 周期性
由上式我们还可以这样理解波速这个物理量,波速等于波长和频率的乘积。这个关系虽然是从机械波得到的,但是它对于我们以后要学习的电磁波、光波也是适用的。
课本后的练习题
B、课中:【例题】如图10-11中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线。经Δt=0.5s后,其波形如图中虚线所示。设Δt<2T(T为波的周期),
(1)如果波是向右传播,求波的周期和波速
(2)如果波是向左传播,求波的周期和波速
分析:根据题意,由于Δt<2T,所以经过Δt=0.5s的时间,波传播的距离不可能大于两个波长。如果波是向右传播,图中的波峰1可能到达虚线的波峰3或波峰5。如果波是向左传播,图中的波峰1可能到达虚线的波峰2或波峰4。根据波在一个周期内传播一个波长的距离,就可以求出周期T,进而可求出波速v.
解:(1)如果波是向右传播的,应有Δt=(n+3/4)T (n=0,1)
所以 T=4Δt/(3+4n) (n=0,1)
由式 v=λ/T
得 当n=0时,T1=2/3s,v1=36m/s,
当n=1时,T2=2/7s,v2=84m/s
请同学们用其它方法求解:
拓展:如果没有Δt<2T(T为波的周期)的条件,求波速
例题2: 一列横波沿x轴正方向传播,频率5Hz,波速20m/s,P、Q是波上的两个质点(如图示),它们在x轴上的距离是5m,当波传到Q点时,使Q从平衡位置沿y 轴反方向运动,则此时P点 ( )
A.恰好经过平衡位置沿y 轴反方向运动
B.位移为正最大 C.位移为负最大 D.加速度为负最大
课堂检测 :
1、简谐机械波在给定的媒质中传播时,下列说法中正确的是( )
A.振幅越大,则波传播的速度越快
B.振幅越大,则波传播的速度越慢
C.在一个周期内,振动质元走过的路程等于一个波长
D.振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短
2、当波从一中介质进入另一种介质时,保持不变的物理量是( )
A、波长 B、波速 C、频率 D、周期
3、在波的传播过程中,下列说法正确的是( )
A、没个质点的振动频率都等于波源频率
B、振动情况完全相同的质点间的距离等于一个波长
C、振动情况完全相同的相邻质点间的距离一定等于一个波长
D、振动步调相反的质点间的距离一定为办波长的奇数倍
C、课后练习
1.已知在t1时刻简谐横波的波形如图1中实线所示;在时刻t2该波的波形如图1中虚线所示。t2-t1 = 0.02s求:
⑴该波可能的传播速度。
⑵若已知T< t2-t1<2T,且图1中P质点在t1时刻的即时速度方向向上,求可能的波速。
⑶若0.01s
2、在均匀介质中有一个振源S,它以50HZ的频率上下振动,如图2所示,该振动以40m/s的速度沿弹性绳向左、右两边传播。开始时刻S的速度方向向下,试画出在t=0.03s时刻的波形。
图2
3、如图3所示,在的平面内有一沿轴正方向传播的简谐横波,波速为1m/s,振幅为4cm,频率为2.5Hz,在时刻,点位于其平衡位置上方最大位移处,则距为0.2m的点
(A)在0.1s时的位称是4cm (B)在0.1s时的速度最大
(C)在0.1s时的速度向下 (D)在0到0.1s时间内的路程是4cm
4、一列沿直线向右传播的横波,某一时刻直线上相距为d的AB两点处于平衡位置,如图示,且AB之间只有一个波峰,若经过时间t后,质点B 第一次到达波峰位置,则这列波可能的波速为: ( )
A. d/2t B. d/4t C. 3d/4t D. 3d/2t
5、如图5所示是一列横波在t=0时刻的波形图象,波沿x轴正方向传播,已知波速v=32m/s。试求:(1)波长;(2)周期;(3)画出从t=0时刻起半个周期后A、B、C、D四个质点的振动方向。
6、有一列简谐波,在某时刻的波形如图6所示。经过0.1S(小于3个周期而大于2个周期)后其波形曲线如图中虚线,如果波沿X轴正方向传播,求该波的波长λ、波速V、频率F各位多少?
图6 图7
7、如图7为一波源O点在介质中振动3s所激起的波,那么P点开始起振还需多长时间?
8、一列横波在x轴上传播着,在t1=0,t2=0.005s时的波形如图8中的实线、虚线所示。由图中读出波的振幅和波长。(1)、设周期大于(t2-t1),如果波向右传播,波速多大?如果波向左传播波速又是多大?
(2)、设周期小于(t2-t1)并且波速为6000m/s,求波的传播方向?
9、一列沿x轴正向传播的简谐波,在x1=10cm和x2=110cm处的两质点A、B的振动图象如图9实线、虚线所示,则质点的振动周期是多少?这列简谐波的波长是多少?
10、如图10-5所示是一列横波在t=o时刻的波形图。若波向左传播,用“描点法”作出3T/4前时刻的波形图。若波向右传播,用“平移法”作出T/2后时刻的波形图。
11、一列简谐横波由M点向N点传播,某时刻观察到M点处在波峰,N点处在平衡位置向上运动,且M、N之间只有一个波谷,请在图10-9中作出M、N两点之间的波形曲线。
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/1635d4e60a1c59eef8c75fbfc77da26925c596cc.html
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