波长
在波中,相对于平衡位置的位移始终等于两个相邻粒子之间的距离。
横波中相邻两个波峰(或波谷)之间的距离波长和频率的关系,纵波中相邻两个密集部分(或稀疏部分)之间的距离均等于波长。
循环
波在介质中传播一个波长所需的时间。波的周期与其传播的介质无关,而是取决于波的来源。当波从一种介质进入另一种介质时,周期不会改变。周期用 T 表示。
频率
单位时间内传播的完整波(即波长)的数量。周期的倒数就是波的频率。当波源振动一个周期时,波源带动的其他粒子也完成一次完整的振动,波在介质中前进一个波长。因此,波的频率就是波源振动的频率。频率用f表示。
波速
波在单位时间内传播的距离。机械波的速度取决于介质,通常与频率无关。速度用 V 表示。
(1)机械波的速度与传播介质的性质有关。同一类型但不同频率的机械波在同一介质中传播的速度相同;同一频率的横波和纵波在同一介质中传播的速度不同。
(2)波在同样的均匀介质中以恒定的速度向前传播,波速v是恒定的;而质点的振动是变加速度运动,振动速度随时都在变化。
波速、波长、频率、周期的关系
①经过一个周期T,振动在介质中传播的距离为波长λ,所以波速为
。
②由于周期T与频率f互为倒数(即f=1/T),所以上式可写为V=λf。该公式表明波速等于波长与频率的乘积。
波长、波速和频率的决定因素
(1)周期和频率仅取决于波源,与v和λ没有直接关系。
(2)速度取决于介质的物理性质,与T和λ无直接关系。只要介质不变,v就不会变,也不由T和λ决定;反之,如果介质发生变化,v也会变化。
(3)波长λ取决于v和T,只要v和T其中一个发生变化,λ值必然发生变化,同时保持V=λf的关系。
练习
1、图中所示为某一时刻简谐横波的波形。该时刻粒子P的振动速度为v。经过0.2s后,粒子P的速度仍为v;再经过0.2s,粒子P的速度为v但方向相反。则此波()。
A.沿x轴负方向传播,波速v=7.5m/s
B.沿x轴正方向传播,波速v=7.5m/s
C. 沿 x 轴负方向传播,波速为 v = 5 m/s
D.沿x轴正方向传播,波速v=5m/s
2.如图所示,实线为t=0时刻简谐波的波形图像波长和频率的关系,虚线为t=0.5s时刻简谐波的波形图像。试求:
(1)波的传播速度。
(2)如果波沿负 x 轴传播,其频率最小。
(3)如果波速为 26 米/秒,那么波沿哪个方向传播?
练习答案
1.从波浪图像上我们可以直接读出振幅A=0.02m,波长λ=4m。
根据粒子P连续两个0.2s的初、终状态,振动周期T由公式计算
速度是可以计算出来的。
2. (1)从图中可以看出留学之路,波长V = λf。如果波向右传播,则两个波形之间的距离为
波长,即它们之间的时间差
,其周期为
,
波速为
如果波向左传播,那么
所以
(2)由上一个问题可知,当波向左传播时,
,频率
;当n=0时,频率最小,其值
(3)通过
,
因此,波沿 x 轴正方向传播。