5-1机械波的产生及其特征量

机械波·知识点精解1．机械波的形成(1)机械波的形成机械振动在媒质中的传播叫机械波。

(2)机械波产生的条件既要有振源，又要有传播振动的媒质。

振源是形成机械波的必要条件但不充分。

既有机械波就必有机械振动，但有机械振动不一定有机械波。

(3)机械波的特点①振动传播途径上的各质点的振动周期相同，且与波源的振动周期相同。

②离波源越远的质点的振动越滞后。

③各振动质点只在各自的平衡位置附近振动，并不“随波逐流”。

④机械波向外传播的是振动的形式，通过振动形式的传播将能量传输出去。

2．横波和纵波按照质点振动方向与波的传播方向的关系，可以把机械波分为横波和纵波。

质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的机械波叫做纵波；质点振动方向与波的传播方向垂直的机械波叫做横波。

3．波长、频率和波速(1)波长λ在波的传播方向上，两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点之间的距离叫做波长，波长反映了波的空间周期性。

对于横波，相邻两波峰或相邻两波谷之间的距离等于波长；对于纵波，相邻的两个密部或相邻的两个疏部之间距离等于波长(注意区别“叫做”与“等于”)。

(2)频率f机械波的频率表明机械波在单位时间的频繁程度。

机械波的频率等于振源的频率。

(3)波速V波的传播速度，即振动形式的传播速度，也是能量的传播速度。

①波速V=λ/T=S/t。

②在同种均匀媒质中，波速是一个定值。

波速只取决于媒质性质(见下表中声波在几种不同媒质中的传播速度)。

同时还与温度有关。

不能认为V由λ和T决定。

③注意区别波速与质点的振动速度这两个不同的概念。

两者的方向可能在同一直线上(纵波)，也可能相互垂直(横波)。

波的传播是匀速的，振动速度大小、方向随时都要发生变化。

性和时间周期性的联系，波源振动几个周期，波就向前传播几个波长。

4．波的图象表示在波的传播方向上，媒质量质点在同一时刻相对平衡位置的位移的曲线。

(1)对于简谐波来说，波的图象是按正弦曲线变化的。

机械波的产生与传播特点在我们的日常生活中，机械波的现象无处不在。

从水面上荡漾的涟漪，到空气中传播的声音，从地震引起的大地震动，到琴弦振动产生的美妙音乐，机械波以各种形式展现着它的魅力和影响力。

那么，机械波究竟是如何产生的？它在传播过程中又有哪些独特的特点呢？要理解机械波的产生，我们首先得明白介质的概念。

介质，简单来说，就是机械波传播所依赖的物质环境。

当一个物体在介质中发生振动时，它就会引起周围介质粒子的振动。

比如说，当你把一块石头投入平静的水面，石头撞击水面的那一点就会开始振动，从而带动周围的水分子上下运动，形成一圈圈向外扩散的水波。

这就是机械波产生的一个常见例子。

机械波的产生需要两个关键条件：一是要有振源，也就是能够产生振动的物体或系统；二是要有能够传播振动的介质。

振源通过自身的振动，给介质中的粒子施加了力的作用，使得这些粒子开始振动起来。

而这些粒子又会依次影响它们相邻的粒子，从而将振动的形式逐渐传递出去。

在机械波的传播过程中，介质中的粒子只是在各自的平衡位置附近做往复运动，并不会随着波的传播方向而迁移。

这一点很重要，它意味着波传递的只是振动的形式和能量，而不是物质本身。

比如说，声音在空气中传播时，空气分子只是在原地振动，而不是从声源一直跑到我们的耳朵里。

机械波按照介质质点振动方向和波传播方向的关系，可以分为横波和纵波。

横波中，质点的振动方向与波的传播方向垂直。

最典型的例子就是绳子上传播的波，当我们握住绳子的一端上下抖动时，绳子上的质点就会上下振动，而波则沿着绳子水平传播。

纵波中，质点的振动方向与波的传播方向相同。

比如声波，当声源振动时，空气分子会沿着声波传播的方向前后振动。

机械波在传播过程中，具有一些显著的特点。

首先是波的周期性。

由于介质质点的振动是周期性的，所以机械波的波形也是周期性重复的。

这就使得机械波具有波长、频率和周期等重要的物理量。

波长是指相邻两个同相点之间的距离，频率则是指单位时间内波振动的次数，周期是指质点完成一次全振动所需要的时间。

- 101 -第五章 机械波教学时数：7学时 本章教学目标了解机械波产生的条件，知道横波和纵波的区别，掌握描述波动的几个物理量（波速，波动周期和频率波长λ）之间的关系；理解波动方程的物理意义，能够应用波动方程求解相关问题；了解波的能量和能量密度、波的能流和能流密度、惠更斯原理的物理意义；掌握波的叠加原理；了解波的干涉的特点、驻波的特点；理解多普勒效应的物理意义。

教学方法：讲授法、讨论法等教学重点：理解波动方程的物理意义，能够应用波动方程求解相关问题§5.1 机械波的形成和传播一、机械波产生的条件机械波的产生必须具备两个条件：①有作机械振动的物体，谓之波源；②有连续的介质(从宏观来看，气体、液体、固体均可视作连续体。

如果波动中使介质各部分振动的回复力是弹性力，则称为弹性波．例如，声波即为弹性波．机械波不一定都是弹性波，如水面波就不是弹性波．水面波中的回复力是水质元所受的重力和表面张力，它们都不是弹性力．下面我们只讨论弹性波． 二、横波和纵波按振动方向与波传播方向之间的关系可分为横波与纵波．振动方向与传播方向垂直的波叫做横波，平行的称为纵波图是横波在一根弦线上传播的示意图将弦线分成许许多多可视为质点的小段，质点之间以弹性力相联系．设t=0时，质点都在各自的平衡位置，此时质点l 在外界作用下由平衡位置向上运动．由于弹性力的作用，质点1即带动质点2向上运动．继而质点2又带动质点3…，于是各质点就先后上、下振动起来．图中画出了不同时刻各质点的振动状态．设波源的振动周期为T ．- 102 -由图可知．t=T/4时，质点1的初始振动状态传到了质点4，t=T/2时，质点1的初始振动状态传到了质点7……，t=T时，质点l完成了自己的一次全振动，其初始振动状态传到了质点13．此时，质点l至质点13之间各点偏离各自平衡位置的矢端曲线就构成了一个完整的波形．在以后的过程中，每经过一个周期，就向右传出一个完整波形．可见沿着波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相．横波的振动方向与传播方向垂直．说明当横波在介质中传播时，介质中层与层之间将发生相对位错，即产生切变．只有固体能承受切变，因此横波只能在固体中传播．下图是纵波在一根弹簧中传播的示意图．在纵波中，质点的振动方向与波的传播方向平行，因此在介质中就形成稠密和稀疏的区域，故又称为疏密波．纵波可引- 103 -起介质产生容变固、液、气体都能承受容变，因此纵波能在所有物质中传播．纵波传播的其他规律与横波相同．在液面上因有表面张力，故能承受切变．所以液面波是纵波与横波的合成波此时，组成液体的微元在自己的平衡位置附近作椭圆运动．综上所述，机械波向外传播的是波源(及各质点)的振动状态和能量。

高中物理机械波知识点总结知乎机械波是指通过物质传播的能量波，常见的机械波有声波、水波、弹性波等，它们具有波长、频率、波速、振幅等特征。

1.波的分类机械波按照传播方向，可以分为横波和纵波。

横波方向与波的传播方向垂直，如光波等；纵波方向与波的传播方向一致，如声波等。

2.波的特征量（1）波长：一个完整波形的路径长度，常用λ 表示，单位为米。

（2）振幅：波形最大偏移量，常用 A 表示，单位为米。

（3）频率：单位时间内波形通过某一点所产生的波数，常用 f表示，单位为赫兹（Hz）。

（4）波速：波在介质中传播的速度，常用 v 表示，单位为米/秒。

3.声波的性质（1）声速：声音在空气中传播的速度为 340m/s，其他介质中的声速不同。

（2）共振：当由于外力作用而使物体振动频率与空气中的声波频率相等时将会出现共振现象。

（3）声音的衰减：声音在传播过程中会逐渐减弱，主要有两种因素影响：空气阻力和声级衰减。

4.波的叠加原理两个或多个波相遇时互相影响，叠加起来形成新的波形，这种现象称为波的叠加。

分为构成叠加和破坏叠加两种情况。

5.波的干涉波面彼此交汇产生干涉现象。

有构成干涉和破坏干涉两种情况。

其中构成干涉主要有同相干涉和异相干涉，破坏干涉主要有波阵面之间的抵消现象。

6.驻波两个同频率、振动方向相反的波相遇形成的稳定立体图案。

由节点和腹部构成。

7.多普勒效应相对运动时，波源或接收者及时速度变化将引起频率变化，称为多普勒效应。

多普勒效应常用于医学前沿领域中的超声诊断和GPS定位等技术中。

以上就是机械波的一些基本知识点的总结。

在学习中掌握这些知识点，可以更好地理解波的运动特性，有助于为解决实际问题提供思路和方法。

图12－1－1 第一讲 机械波及其图象【基本概念与基本规律】 一、机械波1．机械波的产生（1）定义：机械振动在介质中的传播过程，叫做机械波。

（2）产生条件：波源和介质。

（3）产生过程：沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做受迫振动，对简谐波而言各质点振动的振幅和周期都相同，各质点只在自己的平衡位置附近振动，并不“随波逐流”，波只是传播的运动形式和振动能量。

2．波的分类（1）横波：质点的振动方向与传播方向垂直，突起部分叫波峰，凹陷部分叫波谷。

（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上，质点分布密的叫密部，质点分布疏的叫疏部。

3．描述机械波的物理量（1）波长λ：两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。

在横波中，两个相邻的波峰（或波谷）间的距离等于波长。

在纵波中，两个相邻的密部（或疏部）间的距离等于波长。

在一个周期内机械波传播的距离等于波长。

（2）频率f ：波的频率由波源决定，在传播过程中，只要波源的振动频率一定，则无论在什么介质中传播，波的频率都不变。

（3）波速v ：单位时间内振动向外传播的距离，即txv ∆∆=。

波速与波长和频率的关系：f v λ=，波速的大小由介质决定。

【例1】如图12－1－1，沿波的传播方向上有间距为2m 的五个质点a 、b 、c 、d 、e ，均静止在各自的平衡位置。

一列简谐横波以2m/s 的速度水平向右传播，t=0时刻波到达质点a ，质点a 开始平衡位置向下运动，t=3s 时质点a 第一次到达最高点，则下列说法中不正确的是？（ C ）A 、质点d 开始振动后的振动周期为4sB 、t=4s 时刻波恰好传到质点eC 、t=5s 时质点b 到达最高点D 、在3s<t<4s 这段时间内质点c 速度方向向上［思路点播］若波源向下起振，则介质中各质点也向下起振。

【例2】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是 （ D ） A 、如果波源停止振动，在介质中传播的波动也立即停止 B 、物体作机械振动，一定产生机械波 C 、波的速度即波源的振动速度D 、波在介质中的传播频率，与介质性质无关，仅由波源的振动频率决定 ［思路点播］回忆波的基本概念。

机械波的产生和传播知识点一：波的形成和传播（一）介质能够传播振动的媒介物叫做介质。

（如：绳、弹簧、水、空气、地壳等）（二）机械波机械振动在介质中的传播形成机械波。

（三）形成机械波的条件（1）要有 ；（2）要有能传播振动的 。

注意：有机械波 有机械振动，而有机械振动 能产生机械波。

（四）机械波的传播特征（1）机械波传播的仅仅是 这种运动形式，介质本身并不随波 。

沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做 振动，因此波动的过程是介质中相邻质点间依次“带动”、由近及远相继振动起来的过程，是 这种运动形式在介质中依次向外传播的过程。

对简谐波而言各质点振动的振幅和周期都 ，各质点仅在各自的 位置附近振动，并 随波动过程的发生而沿波传播方向发生迁移。

（2）波是传递能量的一种运动形式。

波动的过程也是由于相邻质点间由近及远地依次做功的过程，所以波动过程也是能量由近及远的传播过程。

因此机械波也是传播 的一种形式。

（五）波的分类波按照质点 方向和波的 方向的关系，可分为：（1）横波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。

凸起的最高处叫 ，凹下的最底处叫 。

（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。

质点分布最密的地方叫作 ，质点分布最疏的地方叫作 。

知识点二：描述机械波的物理量知识（一）波长（λ）两个 的、在振动过程中对 位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。

在横波中，两个 的波峰（或波谷）间的距离等于波长。

在纵波中，两个 的密部（或疏部）间的距离等于波长。

振动在一个 内在介质中传播的距离等于一个波长。

（二）频率（f ）波的频率由 决定，一列波，介质中各质点振动频率都相同，而且都等于波源的频率。

在传播过程中，只要波源的振动频率一定，则无论在什么介质中传播，波的频率都不变。

（三）波速（v ） 振动在介质中传播的速度，指单位时间内振动向外传播的距离，即x v t∆=∆。