
2 波速與波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系
1.知道波長(zhǎng)、振幅、頻率的概念及物理意義(重點(diǎn))。2.理解波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系,知道三者的決定因素,并會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算(重難點(diǎn))。
1.波長(zhǎng)(1)定義:沿波的傳播方向,任意兩個(gè)相鄰的 的質(zhì)點(diǎn)之間的距離(包含一個(gè)“完整的波”),叫作波的波長(zhǎng),常用λ表示。(2)特征①如圖,在橫波中,兩個(gè)相鄰 或兩個(gè)相鄰_____之間的距離等于波長(zhǎng)。②如圖,在縱波中,兩個(gè)相鄰 或兩個(gè)相鄰_____之間的距離等于波長(zhǎng)。
2.振幅(1)定義:在波動(dòng)中,各質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的 距離,即其振動(dòng)的振幅,也稱為波的振幅。(2)意義:波的振幅大小反映波所傳播 的大小。(3)特點(diǎn):簡(jiǎn)諧波中各質(zhì)點(diǎn)的振幅都相等。
3.頻率(1)波的頻率:波在傳播過(guò)程中,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率 ,這個(gè)頻率也稱為波的頻率。(2)特點(diǎn):波的頻率在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某點(diǎn)的“ ”的數(shù)目。(3)決定因素:波的頻率等于 振動(dòng)的頻率,與 無(wú)關(guān)。(4)與周期關(guān)系:f= 。
一列橫波沿一條粗軟繩傳播。在某一時(shí)刻,繩子的形狀如圖所示,則該波的波長(zhǎng)為_(kāi)___ m,振幅為_(kāi)____ cm,若該波波源的振動(dòng)周期為T=0.2 s,則該波的頻率為f=_____ Hz。
對(duì)波長(zhǎng)的理解1.波長(zhǎng)在數(shù)值上等于一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離,振源振動(dòng)一個(gè)周期,能且僅能產(chǎn)生一個(gè)波長(zhǎng)的波形。2.相距一個(gè)(或整數(shù)個(gè))波長(zhǎng)的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移在任何時(shí)刻都相同,而且振動(dòng)速度的大小和方向也相同,即相距一個(gè)(或整數(shù)個(gè))波長(zhǎng)的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)相同。3.物理意義:表示波在空間上的周期性。
1.定義:機(jī)械波在 的傳播速度。2.波長(zhǎng)、周期、頻率和波速的關(guān)系(1)在波源振動(dòng)的一個(gè)周期T內(nèi),振動(dòng)向外傳播 的距離。(2)關(guān)系式:v= = 。3.決定因素:由 本身的性質(zhì)決定,在不同的介質(zhì)中,波速是_____(選填“相同”或“不同”)的。
頻率、周期、波長(zhǎng)和波速的決定因素及關(guān)系
關(guān)于波速,下列說(shuō)法正確的是A.反映了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢B.反映了振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢C.波速由介質(zhì)和波源共同決定D.波速與波源的頻率成正比
波速反映了振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢,與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤,B正確;波速由介質(zhì)決定,與波源無(wú)關(guān),與波源的頻率無(wú)關(guān),C、D錯(cuò)誤。
(2022·上海交大附中高一期中)一列聲波從空氣傳入某固體介質(zhì)中,波速由340 m/s變?yōu)? 400 m/s,則此列聲波的頻率將_______(填“變大”“變小”或“不變”),介質(zhì)中波長(zhǎng)變?yōu)榭諝庵胁ㄩL(zhǎng)的_____倍。
聲波是機(jī)械波,它在傳播過(guò)程中頻率保持不變,頻率與介質(zhì)無(wú)關(guān),由振源的振動(dòng)頻率決定。根據(jù)波長(zhǎng)公式λ= ,則波速由340 m/s變?yōu)? 400 m/s,波長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的10倍。
停泊在海邊的甲、乙兩艘漁船,在海浪沖擊下每分鐘做100次的全振動(dòng),兩船相距12 m(兩船連線跟波的傳播方向一致)。當(dāng)甲、乙兩船同時(shí)都處于海浪的波峰時(shí),在兩船之間還有一個(gè)波峰,求(1)漁船振動(dòng)的周期;
當(dāng)甲、乙兩船同時(shí)都處于海浪的波峰時(shí),在兩船之間還有一個(gè)波峰,故兩船相距2個(gè)波長(zhǎng),2λ=12 m,則波長(zhǎng)為6 m。
(3)海浪的傳播速度大小。
(2023·北師大附中期中)如圖是某繩波形成過(guò)程的示意圖。質(zhì)點(diǎn)1在外力作用下沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)質(zhì)點(diǎn)2,3,4,…各個(gè)質(zhì)點(diǎn)依次上下振動(dòng),把振動(dòng)從繩的左端傳到右端,相鄰編號(hào)的質(zhì)點(diǎn)間距離為2 cm。已知t=0時(shí),質(zhì)點(diǎn)1開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng);t=0.2 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)1到達(dá)上方最大位移處,質(zhì)點(diǎn)5開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。則A.這列波傳播的速度大小為0.2 m/sB.t=1.0 s時(shí),振動(dòng)剛好傳到質(zhì)點(diǎn)20C.t=0.6 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)12正在向下運(yùn)動(dòng)D.t=0.6 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)9處于上方最大位移處
由題意得,波長(zhǎng)和周期分別為λ=32 cm=0.32 m,T=0.8 s,波速為v= =0.4 m/s,A錯(cuò)誤;
t=1.0 s時(shí),傳播距離為x=vt=0.4 m=40 cm,相鄰編號(hào)的質(zhì)點(diǎn)間距離為2 cm,振動(dòng)剛好傳到質(zhì)點(diǎn)21,B錯(cuò)誤;振動(dòng)傳播到質(zhì)點(diǎn)12的時(shí)間為t12= =0.55 s,t=0.6 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)12振動(dòng)了0.05 s,小于四分之一周期,則質(zhì)點(diǎn)12正在向上運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤;振動(dòng)傳播到質(zhì)點(diǎn)9的時(shí)間為t9= =0.4 s,t=0.6 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)9振動(dòng)了0.2 s,等于四分之一周期,說(shuō)明此時(shí)質(zhì)點(diǎn)9處于上方最大位移處,D正確。
1.(多選)(2022·北京四中高二期中)振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的過(guò)程中,下列關(guān)于波長(zhǎng)的說(shuō)法正確的是A.振動(dòng)相位總相同的相鄰兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)B.振動(dòng)位移大小總是相同的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)C.兩個(gè)波峰之間的距離是一個(gè)波長(zhǎng)D.質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng),波傳播的距離為一個(gè)波長(zhǎng)
根據(jù)波的周期性知,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離為一個(gè)波長(zhǎng),故A正確;振動(dòng)位移大小總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離是一個(gè)波長(zhǎng),故B錯(cuò)誤;兩個(gè)相鄰波峰之間的距離是一個(gè)波長(zhǎng),故C錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng),相當(dāng)于經(jīng)歷了一個(gè)周期,所以波傳播的距離為一個(gè)波長(zhǎng),故D正確。
2.(2023·寶雞市高二期末)機(jī)械波在某種介質(zhì)中傳播時(shí),下列說(shuō)法正確的是A.振幅越大,波振動(dòng)的頻率越小B.振幅越大,波傳播的速度越大C.在一個(gè)周期內(nèi),振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)走過(guò)的路程等于一個(gè)波長(zhǎng)D.波傳播的速度大小與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān)
波振動(dòng)的頻率、波傳播的速度均與振幅無(wú)關(guān),A、B錯(cuò)誤;在一個(gè)周期內(nèi),振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)走過(guò)的路程等于4倍的振幅,與波長(zhǎng)無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤;波在某種介質(zhì)中傳播,波速恒定,而質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度大小周期性變化,波傳播的速度大小與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān),D正確。
3.(2023·南寧三十六中高二期中)關(guān)于波的頻率,下列說(shuō)法中正確的是A.波的頻率與波速無(wú)關(guān)B.波的頻率由介質(zhì)決定,與波源無(wú)關(guān)C.波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),頻率變大D.波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),頻率變小
波的頻率是由波源決定的,與波速無(wú)關(guān),與介質(zhì)無(wú)關(guān),即波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),頻率不變,故選A。
4.(2023·揚(yáng)州市高二期中)一根粗細(xì)均勻的較長(zhǎng)繩子,右側(cè)固定?,F(xiàn)使左側(cè)的S點(diǎn)上下振動(dòng),產(chǎn)生一列向右傳播的機(jī)械波,某時(shí)刻第一次形成了如圖所示的波形。下列說(shuō)法中正確的是A.此時(shí)S點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)B.S點(diǎn)的起始振動(dòng)方向是向下的C.該波的波長(zhǎng)逐漸增大D.該波的頻率逐漸增大
波向右傳播,波形向右平移,則知此時(shí)S點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;
由帶動(dòng)法可知,題圖所示時(shí)刻波最右端的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向向上,則S點(diǎn)的起始振動(dòng)方向是向上的,故B錯(cuò)誤;波速是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的,與波長(zhǎng)無(wú)關(guān),所以該波的波速保持不變。由題圖看出,該波的波長(zhǎng)逐漸減小,而波速一定,由波速v=λf分析得知頻率逐漸增大,故C錯(cuò)誤,D正確。
5.考慮一機(jī)械波沿均勻介質(zhì)傳播的情況,如果將波源的振動(dòng)頻率變成原來(lái)的2倍,其他條件不變,則A.波的傳播速度變?yōu)樵瓉?lái)的B.波的傳播速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍C.波長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的D.波長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的2倍
機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定,介質(zhì)一定,傳播速度一定,則波源的振動(dòng)頻率改變時(shí),由于介質(zhì)一定,機(jī)械波的傳播速度不變,A、B錯(cuò)誤;
6.(多選)(2022·臨沭一中期末)高二年級(jí)某同學(xué)在湖中投入一顆小石塊激起一列水波,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)湖中有兩片小樹(shù)葉在做上下振動(dòng),當(dāng)一片樹(shù)葉在波峰時(shí)另一片樹(shù)葉恰好在波谷,兩樹(shù)葉之間還有2個(gè)波峰。用手機(jī)測(cè)量?jī)蓸?shù)葉間水平距離是5 m,再通過(guò)手機(jī)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩樹(shù)葉在1 min內(nèi)都上下振動(dòng)了120次。則下列說(shuō)法正確的是A.該列水波的波速是4.0 m/sB.該列水波的頻率是120 HzC.該列水波的波長(zhǎng)是2.5 mD.兩片樹(shù)葉的振動(dòng)方向相反
手機(jī)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩樹(shù)葉在1 min內(nèi)都上下振動(dòng)了120次,該列水波的頻率是f= =2 Hz,故B錯(cuò)誤;當(dāng)一片樹(shù)葉在波峰時(shí)另一片樹(shù)葉恰好在波谷,兩樹(shù)葉之間還有2個(gè)波峰,用手機(jī)測(cè)量?jī)蓸?shù)葉間水平距離是5 m,則有 =5 m,解得λ=2 m,故C錯(cuò)誤;該列水波的波速是v= =λf=4.0 m/s,故A正確;兩樹(shù)葉間,相差 ,則兩片樹(shù)葉的振動(dòng)方向相反,故D正確。
7.(多選)(2022·朝陽(yáng)市高二期末)如圖所示,波源O從平衡位置開(kāi)始豎直向上振動(dòng),產(chǎn)生的機(jī)械波向左、右兩個(gè)方向傳播,波速均為v=50 m/s。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,A、B兩點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng),已知OA=1.5 m,OB=3.25 m,波的振動(dòng)頻率為f=50 Hz,則下列說(shuō)法正確的是A.波的周期為0.01 sB.波的波長(zhǎng)為1 mC.A、B兩點(diǎn)的起振方向均豎直向上D.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)B開(kāi)始振動(dòng)時(shí),質(zhì)點(diǎn)A已振動(dòng)了2個(gè)周期
波的波長(zhǎng)為λ=vT=50×0.02 m=1 m,B正確;由于波源O的起振方向豎直向上,故A、B兩點(diǎn)的起振方向均豎直向上,C正確;
8.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播,波速為5 m/s。在傳播方向上有K、L兩質(zhì)點(diǎn),坐標(biāo)分別為xK=2 m,xL=3 m。波傳播到K點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí),該點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖所示,則A.該簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)為1 mB.質(zhì)點(diǎn)L剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)沿y軸正方向C.每經(jīng)過(guò)0.1 s,質(zhì)點(diǎn)K通過(guò)的路程為4 cmD.在t=0.3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)L第一次到達(dá)負(fù)向最大位移處
該簡(jiǎn)諧波的周期T=0.4 s,波速v=5 m/s,則波長(zhǎng)為λ=vT=2 m,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由K質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像可知,K質(zhì)點(diǎn)起振的方向沿
y軸負(fù)方向,則質(zhì)點(diǎn)L剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)沿y軸負(fù)方向,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;只有當(dāng)質(zhì)點(diǎn)K從平衡位置或者從波峰(波谷)開(kāi)始振動(dòng)時(shí),每經(jīng)過(guò)0.1 s= ,質(zhì)點(diǎn)K通過(guò)的路程才為4 cm,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;波從K質(zhì)點(diǎn)傳到質(zhì)點(diǎn)L所用時(shí)間為t= =0.2 s,然后從平衡位置向下振動(dòng),則在t=0.3 s時(shí),質(zhì)點(diǎn)L第一次到達(dá)負(fù)向最大位移處,選項(xiàng)D正確。
9.(多選)(2022·撫順市高二期末)圖甲所示的一條彈性繩上,1~13各節(jié)點(diǎn)的平衡位置在同一直線上,相鄰兩節(jié)點(diǎn)所在平衡位置間的距離均為1 m。t=0時(shí)刻,振動(dòng)形式從節(jié)點(diǎn)1開(kāi)始向右傳播,節(jié)點(diǎn)1開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度方向向上,經(jīng)歷8 s,前13個(gè)節(jié)點(diǎn)第一次形成如圖乙所示的波形,關(guān)于這列波的周期和波速,下列說(shuō)法正確的是A.這列波的周期為4 sB.這列波的周期為C.這列波的傳播速度大小為2 m/sD.這列波的傳播速度大小為1.5 m/s
節(jié)點(diǎn)1的起振方向向上,各節(jié)點(diǎn)起振方向均向上,根據(jù)振動(dòng)的周期性和波的傳播特點(diǎn)可知,節(jié)點(diǎn)13此時(shí)的振動(dòng)方向
向下,且是第一次經(jīng)過(guò)平衡位置向下,說(shuō)明節(jié)點(diǎn)13已經(jīng)振動(dòng)了 ,而波從節(jié)點(diǎn)1傳到節(jié)點(diǎn)13需要 ,所以節(jié)點(diǎn)1振動(dòng)了2T,2T=8 s,T=4 s,故A正確,B錯(cuò)誤;
10.(2022·葫蘆島市高二期末)如圖甲所示為海洋生態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo),可用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)和氣象等參數(shù)。一列水波(視為簡(jiǎn)諧橫波)沿海面?zhèn)鞑ィ诓ǖ膫鞑シ较蛏舷嗑?2 m的兩處分別有A、B兩浮標(biāo),兩浮標(biāo)隨波上下運(yùn)動(dòng),其中A浮標(biāo)的振動(dòng)圖像如圖乙所示。當(dāng)A運(yùn)動(dòng)到波峰時(shí),浮標(biāo)B恰好運(yùn)動(dòng)到波谷,求:(1)此時(shí)刻,浮標(biāo)A的位移大??;
當(dāng)A運(yùn)動(dòng)到波峰時(shí),浮標(biāo)A的位移大小為y=80 cm=0.8 m。
(2)若此時(shí)A、B之間只有一個(gè)波峰,這列水波的波長(zhǎng)和傳播速度各是多少?
答案 8 m 2 m/s
當(dāng)A運(yùn)動(dòng)到波峰時(shí),浮標(biāo)B恰好運(yùn)動(dòng)到波谷,此時(shí)A、B之間只有一個(gè)波峰,所以A、B間的距離是1.5λ,因此1.5λ=12 m,解得這列水波的波長(zhǎng)λ=8 m,
11.(2022·重慶市高二期末)平衡位置位于原點(diǎn)O的波源發(fā)出簡(jiǎn)諧橫波在均勻介質(zhì)中沿水平x軸傳播,A、B為x軸上兩個(gè)坐標(biāo)為正的點(diǎn),O與A之間的距離L1=0.4 m,此距離小于波長(zhǎng)。波源從0時(shí)刻開(kāi)始振動(dòng),其位移y=8sin πt cm。當(dāng)波傳到A點(diǎn)時(shí),波源恰好處于波峰位置;此后再經(jīng)過(guò)時(shí)間t=8 s,平衡位置在B處的質(zhì)點(diǎn)第一次處于波峰位置。求:(1)該波的傳播速度大小v;
(2)A、B之間的距離L2。
A到B的距離L2=vΔt,解得L2=6 m。
12.一列沿x軸正方向傳播的簡(jiǎn)諧橫波波速為1.5 m/s,振幅為4 cm,a、b是波傳播方向上的質(zhì)點(diǎn),a、b間距為0.6 m,t=0時(shí)刻a的位移為2 cm,b的位移為-4 cm,已知λ>1.0 m,求:(1)該波的波長(zhǎng);
已知λ>1.0 m,所以該波的波長(zhǎng)為1.8 m。
(2)從t=0時(shí)刻開(kāi)始,再經(jīng)過(guò)1.55 s,a運(yùn)動(dòng)的路程。
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