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 TOC o 1-5 h z （ 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(guò)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(lái)的過(guò)程，是 這種運(yùn)動(dòng)形式在介質(zhì)中依次向外傳播的過(guò)程。對(duì)簡(jiǎn)諧波而言各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振

2、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)過(guò)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(guò)程也是由于相鄰質(zhì)點(diǎn)間由近及遠(yuǎn)地依次做功的過(guò)程，所以波動(dòng)過(guò)程也是能量由近及遠(yuǎn)的傳播過(guò)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，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)分布最疏的地方叫作。知識(shí)點(diǎn)二：描述機(jī)械波的物理量知識(shí)（一）波長(zhǎng)（）兩個(gè)的、在振動(dòng)過(guò)程中對(duì)位置的位移總是相等

3、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)。 TOC o 1-5 h z （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(guò)程中，只要波源的振動(dòng)頻率一定，則無(wú)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 x。t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(lái)說(shuō)，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：

4、 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(lái)。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，得出的表示各質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻離開(kāi)位置的情況。表示各質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻離開(kāi)如圖：1 ）振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅A、波長(zhǎng)。如：一列簡(jiǎn)諧橫波某一時(shí)刻的波形圖如圖所示：cm 。均為從圖上可知振幅為cm ，波長(zhǎng)為若已知波速v 16cm/s ，由 v T 可求周期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 。均為從圖上可知

5、振幅為cm ，波長(zhǎng)為若已知波速v 16cm/s ，由 v T 可求周期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 處，此時(shí)偏離平衡位置的位移為cm，回復(fù)力和加速度離波源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)方向質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)法處質(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，可看其附近振動(dòng)；若比該點(diǎn)位置高，則向振動(dòng)。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

6、位移要變小，經(jīng) T4回到平衡位置，所以 b 向 運(yùn)T動(dòng)；c 跟b， c 的位移要變大，經(jīng)4 到達(dá)最大位移處，所以c 向 運(yùn)動(dòng)；依此類推，d 向 運(yùn)動(dòng)，e 向 運(yùn)動(dòng)。（ 4）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間t 后的波形圖平移法先計(jì)算出經(jīng)t 時(shí)間波傳播的距離x，因?yàn)椴▌?dòng)圖象的重復(fù)性，若知波長(zhǎng)，則波形平移 n 時(shí)波形不變，當(dāng)x=n +x時(shí)，可采取去整n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)圖象圖象形狀正（余）弦曲線正（余）弦曲線研究對(duì)象個(gè)質(zhì)點(diǎn)個(gè)質(zhì)點(diǎn)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

7、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)的縱坐一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移各質(zhì)點(diǎn)的位移位置標(biāo)相鄰一個(gè)一個(gè)兩個(gè)利用f 1 可知振動(dòng)T若知波速可求周期、頻位移頻率率：最大v fT值之間的距離判斷質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻振動(dòng)方向的方法看下一，沿振動(dòng)方向垂直橫坐標(biāo)找前一確定質(zhì)點(diǎn)下時(shí)刻振動(dòng)到哪時(shí)間振動(dòng)圖象隨時(shí)間的變化時(shí)間振動(dòng)圖象隨時(shí)間的變化延長(zhǎng)而繼續(xù)延伸，對(duì)圖原來(lái)的部分象的影響波形圖象隨時(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(lái)的圖象也相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)一：惠更斯原理知識(shí)點(diǎn)二：波的反射角。如圖所示：會(huì)， 形成新的波形圖象機(jī)械波的現(xiàn)象波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的反射。入射波的

8、波線與平面法線的夾角i 叫做角；反射波的波線與平面法線的夾角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兩側(cè)， 反射角射角，即ii 。是2）反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波的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i叫做入介質(zhì)，保持不變。（ 2）回聲對(duì)著山崖或高墻說(shuō)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(lái)，這種反射回來(lái)的聲叫“回聲”。 回聲是聲波的反射現(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)

9、出到反射回來(lái)的時(shí)間間隔，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(jué)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(kāi)相差0.1s 以上的聲音。所以人在房間里講話感覺(jué)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

10、線與與兩介質(zhì)界面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：（ 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：sini。sin r當(dāng)v1v2 時(shí)， ir，折射角折向法線；當(dāng)v1v 淺水區(qū) 。（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

11、存在折射。知識(shí)點(diǎn)四：波的衍射（一）衍射現(xiàn)象波繞過(guò)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(lái)同頻率的波（四）衍射是波的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射只不過(guò)有些現(xiàn)象不明顯，我們不容易觀察到。說(shuō)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

12、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(shuō)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）一切波都能發(fā)生干涉，干涉是波的現(xiàn)象之一。（ 1 ）振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn) T

13、OC o 1-5 h z 設(shè)波源S1、 S2在a 點(diǎn)分別引起的振幅為A1、 A2，以圖中a 點(diǎn)波峰與波峰相遇時(shí)計(jì)時(shí)，波源S1、S2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 S1、 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(shuō)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)。（ 2）振動(dòng)的減弱點(diǎn)以波源S1、 S 2分別將波峰、波谷傳到b 點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，波源S1、 S2分別引起質(zhì)點(diǎn)b 振動(dòng)的圖象如圖甲、

14、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 S1、 S2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 TOC o 1-5 h z 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(shuō)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(shuō)明：1 ）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

15、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(kāi)。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?，等于兩列波的振幅之差，其值保持不變。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

16、。振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn)的振幅最 ，但并不是說(shuō)它的位移總是最，振動(dòng)加強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)也要通過(guò)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(guò)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(tīng)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(méi)有發(fā)生變化，觀察者接收到的頻率卻發(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)

17、：在單位時(shí)間內(nèi)觀察者向著波源移動(dòng)一段距離，與 TOC o 1-5 h z 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(shuō)明：1 ）發(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)波源的頻率發(fā)生變

18、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(guò)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(tīng)到的聲波振動(dòng)頻率范圍大約在20Hz 20000Hz 之間，低于20Hz 的聲波人耳就不能感受到，稱為波；高于20000Hz 的聲波，人耳也不能感受到，稱為波。（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(lái)說(shuō)，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)非常短，能夠