2022年高二物理《波長、頻率和波速》教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、2022年高二物理《波長、頻率和波速》教學(xué)設(shè)計(jì) 一、教學(xué)目標(biāo) 1．理解波長、頻率和波速的物理意義． 2．理解波長、頻率和波速之間的關(guān)系，并會應(yīng)用這一關(guān)系進(jìn)行計(jì)算和分析問題． 二、重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：理解波長及波速的公式的含義． 難點(diǎn)：決定波速、頻率、波長的因素及應(yīng)用波的知識對實(shí)例的分析． 三、教與學(xué) 教學(xué)過程： 在物理學(xué)中，物理現(xiàn)象、物理過程和物理規(guī)律等都需要用物理量來進(jìn)行描述．同樣對機(jī)械波及其傳播過程也需要一些物理量來描述． （一）波長 【演示】制作的課件：在波的傳播過程中，有些質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)完全一致，任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同．

2、 1．波長：在波動(dòng)中對平衡位置的位移總是相等（包括大小和方向）的兩相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離叫做波的波長． 2．對波長定義的理解 （1）“位移總是相等”的含義是“每時(shí)每刻都大小相等，方向相同”． （2）位移總是相等的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)速度也總是相等的． （3）在橫波中，兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于波長，在縱波中，兩個(gè)相鄰的密部（或疏部）之間的距離等于波長． （4）在波的傳播方向上（或平衡位置之間）相距的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)總是相反的． 一般地：相距整數(shù)倍兩質(zhì)點(diǎn)（同相質(zhì)點(diǎn)）的振動(dòng)步調(diào)總是相同的．在波的傳播方向上相距奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)（反相質(zhì)點(diǎn)）振動(dòng)步調(diào)總是相反的．

3、 （二）周期（T）、頻率（f） 【演示】制作的課件：在振源完成一次全振動(dòng)的時(shí)間里，波完成一次周期性的波動(dòng)． 1．波的周期（或頻率）：波源振動(dòng)的周期（或頻率）就是波的周期（或頻率） 2．波的周期（或頻率）等于波源的振動(dòng)周期（或頻率） 3．對波源振動(dòng)周期與波的周期的理解 （1）波的周期由波源決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)保持周期（或頻率）不變． （2）每經(jīng)歷一個(gè)周期的時(shí)間，原有的波形圖不改變． （三）波速（v） 1．波速：反映振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢程度、單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)所傳播的距離叫波速． 2．波速

4、的大小由介質(zhì)的性質(zhì)決定，同一列波在不同介質(zhì)中傳播速度不同 3．對波速的理解： （1）波在均勻介質(zhì)中是勻速傳播的，即，它向外傳播的是振動(dòng)的形式，而不是將質(zhì)點(diǎn)向外遷移． （2）波速與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度不同，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)，因此質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度時(shí)刻在變． （四）波長、周期（或頻率）和波速的關(guān)系 【演示】制作的課件：波源完成一次周期性振動(dòng)， 波向前勻速傳播一個(gè)波長的距離． 1．三者關(guān)系：或 2．對三者關(guān)系的理解 （1）波速由介質(zhì)決定，周期（或頻率）由振源決定．當(dāng)一列波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)傳播時(shí)，周期（或頻率）保

5、持不變．但由于波速的變化而導(dǎo)致波長的變化． （2）波速的計(jì)算既可用（即）也可用 （3）波速等于波長和頻率的乘積這一關(guān)系雖從機(jī)械波得到，但對其他形式的彼（電磁波、光波）也成立． 【例1】如圖所示，在xOy平面內(nèi)有一沿x正方向傳播的簡諧波，波速為1m/s，振幅為4cm，頻率為2.5Hz，在t＝0時(shí)刻，P點(diǎn)位于其平衡位置上方最大位移處，則距P為0.2m的Q點(diǎn)（ ） A．在0.1s時(shí)的位移是4cm B．在0.1s時(shí)的速度最大 C．在0.1s時(shí)的速度沿y軸負(fù)向 D．在0【】0.1s時(shí)間內(nèi)的路程是4cm ［解析］依題意s m

6、 cm恰好半個(gè)波長，所以P、Q兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)總是相反的．t＝0時(shí)P位移為正的最大，Q位移必為負(fù)的最大．再過0.1s，即，Q點(diǎn)必位于平衡位置且向正方向運(yùn)動(dòng)且速度正向最大．在這0.1s內(nèi)通過的路程為1倍振幅，即s＝4cm．正確選項(xiàng)為B、D． 【例2】如圖在一條直線上有三點(diǎn)S、M、N，S為波源，距M點(diǎn)為12m，距N點(diǎn)為21m．由于波源S的振動(dòng)在直線上形成一列橫波，其波長為8m，波速為4m/s，下列說法中正確的是（ ） A．M點(diǎn)先開始振動(dòng)，N點(diǎn)后振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間相差2.25s，但振動(dòng)周期都為2s B．M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)，N點(diǎn)在平衡位置以上向下振動(dòng) C．M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)

7、，N點(diǎn)在平衡位置以上向上振動(dòng) D．振動(dòng)過程中M、N兩點(diǎn)的位移有可能在某時(shí)刻相同 【解析】由得s，由于S為波源，波向右傳播，由得波從M傳到N的時(shí)間s，則A對，M、N相距9m，則N點(diǎn)的振動(dòng)與M點(diǎn)后1m的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)完全相同，當(dāng)M點(diǎn)在最高點(diǎn)時(shí)，M點(diǎn)后1m的質(zhì)點(diǎn)已過了平衡位置向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，則N點(diǎn)也在平衡位置上方向上振動(dòng)，則C對B錯(cuò)，實(shí)際振動(dòng)過程中任意兩點(diǎn)的位移都有可能相同，因?yàn)楫?dāng)這兩點(diǎn)的中間點(diǎn)處于最大位移時(shí)，此兩點(diǎn)的位移就相同，則D對，正確選項(xiàng)為A、C、D． 【例3】 如圖所示，S點(diǎn)為振源，其頻率為100Hz，所產(chǎn)生的橫波向右傳播，波速為80m/s，P、Q是波傳播途徑中的

8、兩點(diǎn)，且m，m，當(dāng)S通過平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，（ ） A．P在波谷，Q在波峰 B．P在波峰，Q在波谷 C．P、Q都在波峰 D．P通過平衡位置向上振動(dòng)，Q通過平衡位置向下振動(dòng) 【解析】由得，m，，則P點(diǎn)與S點(diǎn)右側(cè)距S點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)完全相同，Q點(diǎn)與S點(diǎn)右側(cè)距S點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)完全相同，波向右傳，當(dāng)S通過平衡位置且向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其右側(cè)的質(zhì)點(diǎn)在波谷，其右側(cè)3的質(zhì)點(diǎn)在波峰，則P點(diǎn)在波谷，Q點(diǎn)在波峰，正確選項(xiàng)為A。 解決此類波動(dòng)問題，完全可以應(yīng)用解決振動(dòng)問題時(shí)采用的“去整留零”的方法． 【例4】如圖所示，實(shí)線是一列簡諧波在某一時(shí)刻的波形圖象，虛線是0.2

9、s后它的波形圖象，則這列波可能的波速為多大？ 【解析】因?yàn)楸绢}沒指明波的傳播方向，應(yīng)考慮兩種可能情況：沿x軸正方向或負(fù)方向傳播；又因?yàn)楸绢}對周期未加任何限制條件，應(yīng)考慮到波具有周期性． 若波沿x正方向傳播，則根據(jù)時(shí)間t內(nèi)傳播距離得 （m） 故有：（m/s） 或根據(jù)t與周期T的關(guān)系： 得（m/s） 若波沿x負(fù)方向傳播，則時(shí)間t內(nèi)傳播的距離為（m） 故有：（m／s） 或根據(jù)時(shí)間t與周期T的關(guān)系：得 （m／s） 因此本題答案應(yīng)有兩個(gè)： 波沿x正方向傳播時(shí)，（m／s） 波沿x負(fù)方向傳播時(shí)，（m／s） （其中） 【小結(jié)】波速或．在同種均勻介質(zhì)中波勻速傳播，波

10、速由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定．波的周期由波源決定，等于波源的振動(dòng)周期．解題時(shí)要注意解答的多重性． 【作業(yè)】課本P10練習(xí)二 1～5 四、課堂跟蹤反饋 【達(dá)標(biāo)練習(xí)】 1．關(guān)于波長的說法中正確的是（ ） A．在一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)在介質(zhì)中向前傳播一個(gè)波長 B．在一個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)中的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)通過的路程為一個(gè)波長 C．在波的傳播方向上，波長等于兩個(gè)相鄰且振動(dòng)完全相同的質(zhì)點(diǎn)平衡位置間的距離 D．波長等于橫波中波峰與波峰間的距離 2．關(guān)于波的頻率的下列說法正確的是（ ） A．波的頻率由波源決定，與介質(zhì)無關(guān) B．波的頻率與波速無關(guān) C．波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)頻率變大 D．聲波由空氣傳到

11、鋼軌中時(shí)頻率變小 3．關(guān)于波速的正確說法是（ ） A．反映了振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的快慢 B．反映了介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的快慢 C．波速由介質(zhì)決定與波源無關(guān) D．反映了介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)遷移的快慢 4．有一頻率為0.5Hz的簡諧波，波速為4m/s，沿波傳播方向上有相距1m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，它們相繼達(dá)到波峰的時(shí)間差為（ ） A．2s B．1s C．0.5s D．0.25s 5．在波的傳播方向上，兩質(zhì)點(diǎn)a、b相距1.05m，已知a達(dá)到最大位移時(shí)，b恰好在平衡位置，若波的頻率是200Hz，則波速可能是（ ） A．120m／s B．140m/s C．280m/s D．420m/s 參考答案 1．AC 2．AB 3．AC 4．D 5．AC