機(jī)械波知識(shí)點(diǎn)(全)

1、機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播知識(shí)點(diǎn)一：波的形成和傳播（一）介質(zhì)能夠傳播振動(dòng)的媒介物叫做介質(zhì)。（如：繩、彈簧、水、空氣、地殼等）（二）機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波。（三）形成機(jī)械波的條件（1）要有；（2）要有能傳播振動(dòng)的。注意：有機(jī)械波有機(jī)械振動(dòng)，而有機(jī)械振動(dòng)能產(chǎn)生機(jī)械波。（四）機(jī)械波的傳播特征（1）機(jī)械波傳播的僅僅是這種運(yùn)動(dòng)形式，介質(zhì)本身并不隨波。沿波的傳播方向上各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都受它前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的帶動(dòng)而做振動(dòng)，因此波動(dòng)的過程是介質(zhì)中相鄰質(zhì)點(diǎn)間依次“帶動(dòng)”由近及遠(yuǎn)相繼振動(dòng)起來的過程，是這種運(yùn)動(dòng)形式在介質(zhì)中依次向外傳播的過程。對(duì)簡(jiǎn)諧波而言各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅和周期都，各質(zhì)點(diǎn)僅在各自的位置附近振動(dòng)，并隨波動(dòng)

2、過程的發(fā)生而沿波傳播方向發(fā)生遷移。（2）波是傳遞能量的一種運(yùn)動(dòng)形式。波動(dòng)的過程也是由于相鄰質(zhì)點(diǎn)間由近及遠(yuǎn)地依次做功的過程，所以波動(dòng)過程也是能量由近及遠(yuǎn)的傳播過程。因此機(jī)械波也是傳播的一種形式。（五）波的分類波按照質(zhì)點(diǎn)方向和波的方向的關(guān)系，可分為：（1）橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的波，其波形為相間的波。凸起的最高處叫一，凹下的最底處叫。（2）縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的波，其波形為相間的波。質(zhì)點(diǎn)分布最密的地方叫作，質(zhì)點(diǎn)分布最疏的地方叫祚。知識(shí)點(diǎn)二：描述機(jī)械波的物理量知識(shí)（一）波長(zhǎng)（入）兩個(gè)的、在振動(dòng)過程中對(duì)位置的位移總是相等的質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長(zhǎng)。在橫波中，兩個(gè)的波峰（或波谷）間的

3、距離等于波長(zhǎng)。在縱波中，兩個(gè)的密部（或疏部）間的距離等于波長(zhǎng)。振動(dòng)在一個(gè)內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)。（二）頻率（f）波的頻率由決定，一列波，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率都相同，而且都等于波源的頻率。在傳播過程中，只要波源的振動(dòng)頻率一定，則無論在什么介質(zhì)中傳播，波的頻率都不變。（三）波速（v）振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的速度，指單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)向外傳播的距離，即v_Ax。vAt波速的大小由的性質(zhì)決定。一列波在不同介質(zhì)中傳播其波速不同。對(duì)機(jī)械波來說，空氣中的波速小于液體中的波速，小于固體中的波速。（四）波速與波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系v=注意:一列波的波長(zhǎng)是受和制約的，即一列波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，波長(zhǎng)不同。知識(shí)點(diǎn)三：機(jī)械

4、波的圖象（一）機(jī)械波的圖象波的傳播也可用圖象直觀地表達(dá)出來。在平面直角坐標(biāo)系中，用橫坐標(biāo)表示介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的位置；用縱坐標(biāo)表示某一時(shí)刻，各質(zhì)點(diǎn)偏離位置的位移，連接各位移矢量的末端，得出的曲線即為波的圖象，（二）物理意義表示各質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻離開位置的情況。（三）簡(jiǎn)諧波（簡(jiǎn)諧振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的波）的圖象是正弦（或余弦）曲線。如圖：（四）波的圖象應(yīng)用（由圖象可獲取的信息）（1）振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅A、波長(zhǎng)入。如：一列簡(jiǎn)諧橫波某一時(shí)刻的波形圖如圖所示:從圖上可知振幅為.v/cm若已知波速v=16cm/s，由v可求周期T=。T（2）這一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置、位移，回復(fù)力、加速度等。如圖中b點(diǎn)的平衡位置在cm

5、處，此時(shí)偏離平衡位置的位移為cm,回復(fù)力和加速度均為向最大。（3）在波速方向已知時(shí)，可確定各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動(dòng)方向（反之也可以）質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)法離波源處質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，即遠(yuǎn)處質(zhì)點(diǎn)總是重復(fù)近處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)。所以判斷某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，可看其附近波源一側(cè)的點(diǎn)與該點(diǎn)的位置關(guān)系，若比該點(diǎn)位置低，則向振動(dòng)；若比該點(diǎn)位置高，則向振動(dòng)。如上圖若已知波向右傳播，a點(diǎn)應(yīng)在它前面的質(zhì)點(diǎn)之后振動(dòng)，在y-x圖的-x方向再添一點(diǎn)，則波形圖在下方，所以a應(yīng)向振動(dòng)；b跟a，b的位移要變小，經(jīng)T回到平衡位置，所以b向運(yùn)4T動(dòng)；c跟b，c的位移要變大，經(jīng)才到達(dá)最大位移處，所以c向一運(yùn)動(dòng)；依此類推，d向運(yùn)動(dòng),e向運(yùn)動(dòng)。（4）經(jīng)過一

6、段時(shí)間t后的波形圖平移法先計(jì)算出經(jīng)At時(shí)間波傳播的距離Ax=，因?yàn)椴▌?dòng)圖象的重復(fù)性，若知波長(zhǎng)入，則波形平移n入時(shí)波形不變，當(dāng)Ax=n入+x時(shí)，可采取去整n入留零x的方法，只需把波形沿波的方向平移即可，然后按照正弦規(guī)律補(bǔ)全新波形。（5）波的圖象與振動(dòng)圖象的區(qū)別與聯(lián)系振動(dòng)圖象波動(dòng)圖象圖象okIEA形狀U、j正（余）弦曲線正（余）弦曲線研究個(gè)質(zhì)點(diǎn)個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)象物理意義圖線表示個(gè)作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在時(shí)刻的位移大小和方向圖線表示某時(shí)刻形成波的個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移的大小和方向橫坐標(biāo)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)經(jīng)歷的波傳播方向上介質(zhì)上各質(zhì)點(diǎn)的位置縱坐標(biāo)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移各質(zhì)點(diǎn)的位移相鄰兩個(gè)位移最大值之間的距離一一個(gè)利戶頻W卜一個(gè)冃1可知振動(dòng)f=

7、T若知波速可求周期、頻率：v=Xf判斷質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻振動(dòng)方向的方法看振動(dòng)標(biāo)D一，沿力方向垂直橫坐機(jī)n找前一確定質(zhì)點(diǎn)下時(shí)刻振動(dòng)到哪.1乜廠時(shí)間變化對(duì)圖象的影響振動(dòng)圖象隨時(shí)間的延長(zhǎng)而繼續(xù)延伸，原來的部分波形圖象隨時(shí)間的延長(zhǎng)而沿著X軸向傳播方向平移，由于前面各質(zhì)點(diǎn)的位置都要變化，因此原來的圖象也相應(yīng)會(huì)，形成新的波形圖象機(jī)械波的現(xiàn)象知識(shí)點(diǎn)一：惠更斯原理知識(shí)點(diǎn)二：波的反射（一）波的反射波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的反射。入射波的波線與平面法線的夾角i叫做角；反射波角。如圖所示：的波線與平面法線的夾角叫做（二）波的反射規(guī)律平面(1) 入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居一兩側(cè)，反

8、射角入射角，即i(2) 反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波的。(三) 用惠更斯原理解釋波的反射(四) 波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射。(五) 常見的聲波反射現(xiàn)象(1) 聲波一切發(fā)聲的物體都在振動(dòng)，它們就是聲源。聲源振動(dòng)的時(shí)候，在空氣中形成聲波。聲波在空氣中是波。聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，在固體中傳播的速度最，且聲波從一種介質(zhì)到另一介質(zhì)，保持不變。(2) 回聲對(duì)著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時(shí)，聲能的一部分被吸收，而另一部分聲能要反射回來，這種反射回來的聲叫“回聲”?；芈暿锹暡ǖ姆瓷洮F(xiàn)象。原聲和回聲相差s以上，人耳才能區(qū)分原聲和回聲。如果聲速已知，當(dāng)測(cè)得聲音從發(fā)出到反射回來的時(shí)間

9、間隔，就能計(jì)算出反射面到聲源之間的距離。利用這個(gè)道理，已設(shè)計(jì)成水聲測(cè)位儀，用以測(cè)量海水的深度、探測(cè)魚群，或用地面上爆炸聲波的反射用以探測(cè)地下的油礦等。(3) 夏日的雷聲轟鳴不絕，原因是聲波在云層界面多次。(4) 在空房間里講話感覺聲音更響原因是：聲波在普通房間里遇到墻壁、地面、天花板發(fā)生時(shí)，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時(shí)到達(dá)人耳，人耳只能分開相差0.1s以上的聲音。所以人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的幔帳、地毯、衣物等會(huì)吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果。知識(shí)點(diǎn)三：波的折射(一) 波的折射波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播的方向會(huì)改變，這種現(xiàn)象叫波的折射。入射波的波線與與兩介質(zhì)界面

10、法線的夾角叫做入射角i;折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角叫做折射角r。如圖所示：(二) 波的折射規(guī)律(1) 入射波的波線與折射波的波線及界面法線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居兩側(cè)。(2) 在波的折射中，波的不改變，折射波頻率入射波頻率。折射波的波速、波長(zhǎng)均發(fā)生改變。波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的不同。(3) 入射角i、折射角r和波速之間有下述關(guān)系：入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比，即：沁。sinr當(dāng)V>V2時(shí)，ir，折射角折向法線；當(dāng)VVV2時(shí)，ir折射角折離法線；當(dāng)垂直界面入射(i=0)時(shí)，r=0傳播方向不改變，屬折射中的特

11、例。說明：對(duì)水波v>v。(三) 用惠更斯原理解釋波的折射定律（四）波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在折射。知識(shí)點(diǎn)四：波的衍射（一）衍射現(xiàn)象波繞過障礙物到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫做波的衍射。（二）發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)，或者跟波長(zhǎng)。（三）惠更斯原理對(duì)波的衍射的解釋波傳到小孔（或障礙物）時(shí)，小孔（或障礙物）仿佛一個(gè)新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波（稱為子波）在孔后傳播，于是，就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象。（四）衍射是波的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射只不過有些現(xiàn)象不明顯，我們不容易觀察到。說明：當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，盡管衍射現(xiàn)象十分明顯，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不

12、容易觀察到。知識(shí)點(diǎn)五：波的干涉（一）波的獨(dú)立傳播原理和疊加原理（1）波的獨(dú)立傳播原理幾列波相遇時(shí)，能夠各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)傳播而并不相互干擾，這是波的一個(gè)基本性質(zhì)。（2）波的疊加原理：兩列波相遇時(shí)，該處介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)將同時(shí)參與兩列波引起的振動(dòng)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位移等于兩列波分別引起的位移的，這就是波的疊加原理。（二）波的干涉（1）波的干涉現(xiàn)象頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，使某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，并且振動(dòng)加強(qiáng)和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互，這種現(xiàn)象叫做波的干涉。（2）產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件：兩列波的頻率相等。干涉條件的嚴(yán)格說法是：同一種類的兩列波，（或波長(zhǎng)）相同、相差恒定，在同一平面內(nèi)振動(dòng)。高中階段我們

13、不討論相和相差，且限于討論一維振動(dòng)的情況，所以只強(qiáng)調(diào)“頻率相同”這一條件。（3）切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的現(xiàn)象之一。（三）對(duì)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的解釋注問=沽示奄旨(1)振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)設(shè)波源S、S2在a點(diǎn)分別引起的振幅為A、A2，以圖中a點(diǎn)波峰與波峰相遇時(shí)計(jì)時(shí)，波源SS2分別引起質(zhì)點(diǎn)a振動(dòng)的圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊時(shí)，質(zhì)點(diǎn)a同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)圖象如圖丙所示： 從波源S、S2發(fā)出的兩列波傳到振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)a是同相(即振動(dòng)步調(diào)一致)的，引起a點(diǎn)的振動(dòng)方向是的，振幅是A=。 振動(dòng)加強(qiáng)是指該處質(zhì)點(diǎn)的振幅增大，或者說相干的兩列波在該處分別引起的位移總是，故質(zhì)點(diǎn)的總位移等于兩個(gè)分位移，從而振動(dòng)加強(qiáng)

14、。(2)振動(dòng)的減弱點(diǎn)以波源S2分別將波峰、波谷傳到b點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，波源S2分別引起質(zhì)點(diǎn)b振動(dòng)的圖象如圖甲、乙所示，當(dāng)兩列波重疊時(shí)，質(zhì)點(diǎn)b同時(shí)參與兩個(gè)振動(dòng)，合振動(dòng)圖象如圖丙所示：從波源S、込發(fā)出的兩列波傳到振動(dòng)減弱的點(diǎn)b是反相(即振動(dòng)步調(diào)相反)的，引起b點(diǎn)的振動(dòng)方向，振幅為A=。振動(dòng)減弱是指該處質(zhì)點(diǎn)的振幅減小，或者說相干的兩列波在該處分別引起的位移總是,故質(zhì)點(diǎn)的總位移等于兩個(gè)分位移之，從而振動(dòng)減弱。（四）振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)到兩波源的距離關(guān)系振動(dòng)完全相同的兩列波，某點(diǎn)到兩波源間的距離之差為半波長(zhǎng)的倍（波長(zhǎng)的整數(shù)倍），則是振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)；某點(diǎn)到兩波源間的距離之差為半波長(zhǎng)的倍，則是振動(dòng)減弱區(qū)。說明：（1）

15、任何兩列波相遇時(shí)都可以疊加，顯然，若兩波的頻率（或波長(zhǎng)）不同，在某一時(shí)刻峰、峰（或谷、谷）相遇振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)，在另一時(shí)刻，不會(huì)始終加強(qiáng)，也就不會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的干涉圖樣，只是一般的波的疊加現(xiàn)象，而波的干涉是指波疊加中的一個(gè)特例。兩列波要發(fā)生干涉必須具備一定的條件（兩列波的頻率（波長(zhǎng)）必須相同）通常把符合干涉條紋的兩列波的波源叫相干波源。相干波源形成的圖樣叫干涉圖樣，是穩(wěn)定的。穩(wěn)定干涉中，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域或振動(dòng)減弱區(qū)域的空間位置是不變的，并且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開。（2）振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)，其振幅最大，等于兩列波的振幅之和；振動(dòng)減弱區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)，其振幅最?。赡転榱悖扔趦闪胁ǖ恼穹?，其

16、值保持不變。加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的振動(dòng)位移都比減弱區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的振動(dòng)位移大。振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅最，但并不是說它的位移總是最，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)也要通過平衡位置，此時(shí)它的位移為零，也是一個(gè)由0到A的變化過程。知識(shí)點(diǎn)六：多普勒效應(yīng)（一）波源的頻率與觀察者接收到的頻率（1）聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源的完全波的個(gè)數(shù)。而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接收到的頻率，即單位時(shí)間內(nèi)到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。（2）波源和觀察者相對(duì)介質(zhì)都不動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率波源的頻率。（3）聲波與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若波源的頻率沒有發(fā)生變化，觀察者接收

17、到的頻率卻發(fā)生了變化。 波源相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，而觀察者向著波源運(yùn)動(dòng)：在單位時(shí)間內(nèi)觀察者向著波源移動(dòng)一段距離，與觀察者不動(dòng)的情況比較，觀察者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，即接收到的頻率；同理，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，觀察者單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，即接收到的頻率。 觀察者相對(duì)介質(zhì)不動(dòng)，而波源運(yùn)動(dòng)：波源接近觀察者時(shí)，觀察者接收到的頻率；波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，接收到的頻率。（二）多普勒效應(yīng)由于觀察者與波源之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感受到的波的頻率與波的實(shí)際頻率的現(xiàn)象，叫做多普勒效應(yīng)。如果二者相互接近，觀察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，頻率；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，頻率。說明：（1）發(fā)

18、生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率發(fā)生變化，而是觀察者到的頻率發(fā)生了變化。（2）多普勒效應(yīng)是所接收到的波的頻率與波源不同的現(xiàn)象，并不是接收到的波的強(qiáng)度發(fā)生變化的現(xiàn)象，要正確理解頻率和強(qiáng)度這兩個(gè)描寫波的不同物理量。（3）多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生不是取決于波源距觀察者多遠(yuǎn)，而是取決于波源相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向。（三）多普勒效應(yīng)是所有波動(dòng)過程共有的特征。根據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)可以測(cè)定車輛行駛的速度；根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)行速度等。知識(shí)點(diǎn)七：超聲波和次聲波（一）超聲波和次聲波人耳能夠聽到的聲波振動(dòng)頻率范圍大約在20Hz20000Hz之間，低于20Hz的聲波人耳就不能感受到，稱為一波；高于20000Hz的聲波，人耳也不能感受到，稱為一波。（二）超聲波特點(diǎn)（1）波由于振動(dòng)頻率較，波長(zhǎng)較短，對(duì)于一般障礙物來說，衍射現(xiàn)象很不明顯，基本上是沿傳播的，具有良好的直線定向傳播性。（2）波頻率，能量大而集中，具有很強(qiáng)的穿透性。（三）超聲波應(yīng)用超聲定位：超聲波的波長(zhǎng)非常