2/7第2章機(jī)械波【重要知識(shí)梳理】一、機(jī)械波1、定義：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播就形成機(jī)械波．2、產(chǎn)生條件:(1)有作機(jī)械振動(dòng)的物體作為波源．(2)有能傳播機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)．3、分類(lèi):①橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直．凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷②縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一直線上.質(zhì)點(diǎn)分布密的叫密部,疏的部分叫疏部,液體和氣體不能傳播橫波。4.機(jī)械波的傳播過(guò)程(1)機(jī)械波傳播的是振動(dòng)形式和能量.質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近做振動(dòng),并不隨波遷移.后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是落后于帶動(dòng)它的前一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。(2)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期和頻率都與波源的振動(dòng)周期和頻率相同．(3)由波源向遠(yuǎn)處的各質(zhì)點(diǎn)都依次重復(fù)波源的振動(dòng)．二、描述機(jī)械波的物理量1．波長(zhǎng)λ：兩個(gè)相鄰的在振動(dòng)過(guò)程中相對(duì)平衡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)相鄰的波峰或相鄰的波谷之間的距離．在縱波中兩相鄰的的密部(或疏部)中央間的距離，振動(dòng)在一個(gè)周期內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離等于波長(zhǎng)2．周期與頻率．波的頻率由振源決定，在任何介質(zhì)中傳播波的頻率不變。波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，唯一不變的是頻率(或周期)，波速與波長(zhǎng)都發(fā)生變化．3．波速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)波向外傳播的距離。v=s/t=λ/T=λf，波速的大小由介質(zhì)決定。三、說(shuō)明:①波的頻率是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是一種受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于波源，所以波的頻率由波源決定，是波源的頻率.波速是介質(zhì)對(duì)波的傳播速度．介質(zhì)能傳播波是因?yàn)榻橘|(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)間有彈力的作用，彈力越大，相互對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)越靈教，則對(duì)波的傳播速度越大．通常情況下，固體對(duì)機(jī)械波的傳搖速度校大，氣體對(duì)機(jī)械波的傳播速度較?。畬?duì)縱波和橫波，質(zhì)點(diǎn)間的相互作用的性質(zhì)有區(qū)別，那么同一物質(zhì)對(duì)縱波和對(duì)橫波的傳播速度不相同．所以，介質(zhì)對(duì)波的傳播速度由介質(zhì)決定，與振動(dòng)頻率無(wú)關(guān)．波長(zhǎng)是質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所傳播的距離,所以波長(zhǎng)的長(zhǎng)度與波速v和周期T有關(guān)．即波長(zhǎng)由波源和介質(zhì)共同決定．由以上分析知，波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不會(huì)發(fā)生變化，速度和波長(zhǎng)將發(fā)生改變．②振源的振動(dòng)在介質(zhì)中由近及遠(yuǎn)傳播，離振源較遠(yuǎn)些的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)要滯后一些，這樣各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)雖然頻率相同，但步調(diào)不一致，離振源越遠(yuǎn)越滯后．沿波的傳播方向上，離波源一個(gè)波長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)要滯后一個(gè)周期，相距一個(gè)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)是一致的．反之，相距1/2個(gè)波長(zhǎng)的兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)步調(diào)是相反的．所以與波源相距波長(zhǎng)的整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)與波源的振動(dòng)同步（同相振動(dòng)）；與波源相距為1/2波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)與波源派的振動(dòng)步調(diào)相反（反相振動(dòng)．）的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的位移。（2）圖象的橫坐標(biāo)的單位不同：振動(dòng)圖象的橫坐標(biāo)表示時(shí)間；波的圖象的橫坐標(biāo)表示距離。（3）從振動(dòng)圖象上可以讀出振幅和周期；從波的圖象上可以讀出振幅和波長(zhǎng)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)圖象與簡(jiǎn)諧橫波圖象的列表比較：簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧橫波圖象坐標(biāo)橫坐標(biāo)時(shí)間介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置縱坐標(biāo)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移各質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的振動(dòng)位移研究對(duì)象一個(gè)質(zhì)點(diǎn)介質(zhì)中的大量質(zhì)點(diǎn)物理意義一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的振動(dòng)位移介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的振動(dòng)位移隨時(shí)間的變化原有圖形不變，圖線隨時(shí)間而延伸原有波形沿波的傳播方向平移運(yùn)動(dòng)情況質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)波在介質(zhì)中勻速傳播；介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)2．描述波的物理量——波速、周期、波長(zhǎng)：（1）波速v：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或波形在介質(zhì)中傳播的速率；同一種波的波速由介質(zhì)決定。注：在橫波中，某一波峰（波谷）在單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離等于波速。（2）周期T：即質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期；由波源決定。（3）波長(zhǎng)λ：在波動(dòng)中，振動(dòng)位移總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。注：在橫波中，兩個(gè)相鄰波峰（波谷）之間的距離為一個(gè)波長(zhǎng)。結(jié)論：（1）波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離恰好為波長(zhǎng)。由此：①v=λ/T=λf；λ=vT.②波長(zhǎng)由波源和介質(zhì)決定。（2）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)nT（波傳播nλ）時(shí)，波形不變。（3）相隔波長(zhǎng)整數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)狀態(tài)總相同；相隔半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的兩質(zhì)點(diǎn)，振動(dòng)狀態(tài)總相反。3．波的圖象的畫(huà)法波的圖象中，波的圖形、波的傳播方向、某一介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向，這三者中已知任意兩者，可以判定另一個(gè)。（口訣為“上坡下，下坡上”；或者“右上右、左上左））4．波的傳播是勻速的在一個(gè)周期內(nèi)，波形勻速向前推進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)。n個(gè)周期波形向前推進(jìn)n個(gè)波長(zhǎng)（n可以是任意正數(shù)）。因此在計(jì)算中既可以使用v=λf，也可以使用v=s/t，后者往往更方便。5．介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（是一種變加速運(yùn)動(dòng)）任何一個(gè)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程都是4A，在半個(gè)周期內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程都是2A，但在四分之一個(gè)周期內(nèi)經(jīng)過(guò)的路程就不一定是6．起振方向介質(zhì)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向都和振源開(kāi)始振動(dòng)的方向相同。五、波的現(xiàn)象1.波的反射:波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．3.波的衍射:波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．衍射是波的特性，一切波都能發(fā)生衍射．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)相差不多。例如：聲波的波長(zhǎng)一般比院坡大，“隔堵有耳”就是聲波衍射的例證．說(shuō)明：衍射是波特有的現(xiàn)象．4.波的疊加與波的干涉(1)波的疊加原理：在兩列波相遇的區(qū)域里，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將參與兩列波引起的振動(dòng)，其位移是兩列波分別引起位移的矢量和．相遇后仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．波在相遇區(qū)域里，互不干擾，有獨(dú)立性．(2)波的干涉:①條件：頻率相同的兩列同性質(zhì)的波相遇．②現(xiàn)象：某些地方的振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方的振動(dòng)減弱，并且加強(qiáng)和減弱的區(qū)域間隔出現(xiàn)，加強(qiáng)的地方始終加強(qiáng)，減弱的地方始終減弱，形成的圖樣是穩(wěn)定的干涉圖樣．說(shuō)明：①加強(qiáng)、減弱點(diǎn)的位移與振幅．加強(qiáng)處和減弱處都是兩列波引起的位移的矢量和，質(zhì)點(diǎn)的位移都隨時(shí)間變化，各質(zhì)點(diǎn)仍圍燒平衡位置振動(dòng)，與振源振動(dòng)周期相同．加強(qiáng)處振幅大，等于兩列波的振幅之和，即A=A1+A2,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)能量大，并且始終最大．減弱處振幅小，等于兩列波的振福之差，即A=∣A1－A2∣,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量小，并且始終最小，若A1=A2，則減弱處不振動(dòng)．加強(qiáng)點(diǎn)的位移變化范圍：一∣A1+A2∣～∣A1+A2∣減弱點(diǎn)位移變化范圍：一∣A1－A2∣～∣A1－A2∣②干涉是波特有的現(xiàn)象．③加強(qiáng)和減弱點(diǎn)的判斷．波峰與波峰（波谷與波谷）相遇處一定是加強(qiáng)的，并且用一條直線將以上加強(qiáng)點(diǎn)連接起來(lái)，這條直線上的點(diǎn)都是加強(qiáng)的；而波峰與波谷相遇處一定是減弱的，把以上減弱點(diǎn)用直線連接起來(lái)，直線上的點(diǎn)都是減弱的．加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)之間各質(zhì)點(diǎn)的振幅介于加強(qiáng)點(diǎn)與減弱點(diǎn)振幅之間．當(dāng)兩相干波源振動(dòng)步調(diào)相同時(shí)，到兩波源的路程差Δs是波長(zhǎng)整數(shù)倍處是加強(qiáng)區(qū)．而路程差是半波長(zhǎng)奇數(shù)倍處是減弱區(qū)．任何波相遇都能疊加，但兩列頻率不同的同性質(zhì)波相遇不能產(chǎn)生干涉．5.駐波:兩列沿相反方向傳播的振幅相同、頻率相同的波疊加時(shí)，形成駐波．(1)波節(jié)：始終靜止不動(dòng)的點(diǎn)．(2)波腹：波節(jié)與波節(jié)之間振幅最大的點(diǎn)．(3)駐波—特殊的干涉現(xiàn)象:波源特殊;波形特殊說(shuō)明：駐波與行波的區(qū)別．①物理意義不同：駐波是兩列波的特珠干涉現(xiàn)象，行波是一列波在介質(zhì)中的傳播．②質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況不同：在行波中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)作振格相同的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在駐波中各個(gè)質(zhì)．點(diǎn)作振幅不同的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；處于波腹位置的質(zhì)點(diǎn)振幅最大；處于波節(jié)位置的質(zhì)點(diǎn)振幅等于零；其他一些質(zhì)點(diǎn)的振幅也不相同，但都比波腹處質(zhì)點(diǎn)的振幅?。鄄ㄐ尾煌盒胁úㄐ谓?jīng)過(guò)一段時(shí)間，波形向前“平移”，而駐波波形并不隨時(shí)間發(fā)生平移，只是各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移發(fā)生變化而已．6．多普勒效應(yīng)(1)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象．實(shí)質(zhì)是：波源的頻率沒(méi)有變化，而是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．(2)多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生原因觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)．當(dāng)波以速度v通過(guò)接收者時(shí)，時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的完全波的個(gè)數(shù)為N=vt/λ，因而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)接收者的完全波的個(gè)數(shù)，即接收頻率fv/λ．若波源不動(dòng)，觀察者朝向波源以速度V2運(yùn)動(dòng)，由于相對(duì)速度增大而使得單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的完全波的個(gè)數(shù)增多，即，可見(jiàn)接收頻率增大了.同理可知，當(dāng)觀察者背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收頻率將減?。粲^察者不動(dòng)，波源朝向觀察者以速度v1運(yùn)動(dòng)，由于波長(zhǎng)變短為λ/=λ－v1T，而使得單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀察者的完全波的個(gè)數(shù)增多，即，可見(jiàn)接收頻率亦增大，同理可知，當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收頻率將減?。ⅲ喊l(fā)生多普勒效應(yīng)時(shí)，波源的真實(shí)率不發(fā)生任何變化，只是觀察者接收到的頻率發(fā)生了變化．(1)空氣中的聲波是縱波．能在空氣、液體、固體中傳播．在通常情況下在空氣中為340m／s，隨介質(zhì)、溫度改變而變．(2)人耳聽(tīng)到聲波的頻率范圍：20Hz20000Hz.(3)能夠把回聲與原聲區(qū)分開(kāi)來(lái)的最小時(shí)間間隔為0.1s(4)聲波亦能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象．聲波的共振現(xiàn)象稱(chēng)為聲波的共鳴．(5)次聲波：頻率低于