机械波

机械波

1 波的产生、传播、分类、描述的物理量

一、规律 技巧

1、机械振动在介质中的传播就形成机械波。

2、机械波的产生条件：振源和介质。

振源——产生机械振动的物质，如在绳波中绳子端点在手的作用下不停抖动就是振源。 介质——传播振动的介质，如绳子、水。

3、对机械波概念的理解

(1)机械波是构成介质的无数质点的一种共同运动形式；

(2)当介质发生振动时，各个质点在各自的平衡位置附近往复运动，质点本身并不随波迁移，机械波向外传播的只是机械振动的形式。

(3)波是传播振动形式和能量的一种方式。

(4)沿波传播方向，介质中各质点依次开始振动，距波源愈近，愈先开始振动． 4、波的分类：

按波的传播方向和质点的振动方向可以将波分为两类：横波和纵波。 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。 如绳波。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上。如声波。 5．描述机械波的物理量

(1)波长λ：沿着波的传播方向，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。

单位：米（m） 符号：λ

①在横波中波长等于相邻两个波峰或波谷之间的距离；

在纵波中波长等于相邻两个密部或疏部的中央之间的距离。

②质点振动一个周期，振动形式在介质中传播的距离恰好等于一个波长，即在一个周期里振动在介质中传播的距离等于一个波长。 ③对波长的几点理解：

a （1）“位移总相等” 的含义是“每时每刻都相等”。这里要求的是每时每刻都相等。如图所示，如E、F两点在图示的时刻位移是相等的，但过一段时间后，位移就不一定相等，所以E、F两点的距离就不等于一个波长。 b （2）位移总相等的两个质点，其速度也总是相等的。

c (3) 相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；相距λ/2奇数倍的质点振动步调总相反的。 (2)波速v：波的传播快慢，其大小由介质的性质决定的，在不同的介质中速度并不相同。单位：米/秒（m/s） 符号：v 表达式：v=λ/T

(3)频率f：质点振动的周期又叫做波的周期(T)；质点振动的频率又叫做波的频率。波的振动周期和频率只与振源有关，与介质无关。 6、机械波与机械振动的区别与联系：

联系：机械波是由机械振动引起的，依靠介质本身的力学性质来实现的．

区别：机械振动研究的是单个质点的运动，而机械波研究的是由大量质点的运动而引起的整个介质的运动．

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2 波的图象、波的特性（衍射、干涉、多普勒效应）、超、次声波

一、规律 技巧

1、波的图象：

用横坐标x表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定在横波中位移方向向上时为正值，位移方向向下时为负值．把各个质点在某一时刻所在位置连成曲线，就得到该时刻的波的图象．

（1）．波的图象：在波的传播方向上，介质中各振动的质点在某一时刻的波形． 波的图象也称波形图或波形曲线． （2）．简谐波：简谐运动在介质中传播形成简谐波、简谐波的图象是正弦曲线、简谐波是一

种最基本、最简单的波 （3）波的图象的意义

a．波的图象表示某一时刻各个质点相对于平衡位置的位移 b．介质中质点的振动方向与波的传播方向的关系 c．波的图象（随时间）的变化情况.

2、图象的作图法： （1）描点作图法：

某一简谐横波在t＝0时刻的波形图如图 的实线所示．若波向右传播，画出T/4后和T/4前两个时刻的波的图象．

［解析］根据t＝0时刻波的图象及传播方向，可知此时刻A、B、C、D、E、F各质点在该时刻的振动方向，由各个质点的振动方向可确定出经T/4后时刻各个质点所在的位置，将这些点所在位置用平滑曲线连接起来，便可得到经T/4后时刻的波的图象．如图中的虚线（a）所示．

同样道理，各个质点的振动方向可确定出T/4前时刻各个质点所在位置，于是便可得到T／4前时刻的波的图象．如图中虚线（b）所示．

若波向左传播，同样道理可以画出从t＝0时刻开始的T/4后和T/4前两个时刻的波图象． （2）图象平移作图法：

由图我们可以知道，在质点振动的一个周期内，波向前传播一个完整的波形的距离，即传播的距离x＝12m，因此在T/4内，波向前传播了3m．根据波的传播过程和传播的实质，若波向右传播，把波的原有图形向右移动3m的距离，就得到了T/4后时刻的波形图． 即：根据波动在同种介质中匀速的特点，经时间?t将波形图象沿波的传播方向整体平移_________________（超过一个波长采用去整留零的方法）的距离。

若波向左传播，同样道理可画出从t＝0时刻开始的T/4后和T/4前两个时刻的波的图象． 在两种方法中以平移作图法较为简便．波的图象每经过一个周期的时间又回复到原来的波形． 3．波动图象与振动图象的对比 研究对象 物理意义 坐标意义 形象记忆 振动图象 某一质点在不同时刻离开平衡位置的位移． 表示_________在各个时刻对平衡位置的位移情况。 纵坐标表示_________________ 横坐标表示_________________ 比喻为用摄像机记录一个质点连表示_________各个连续质点对平衡位置的位移情况。 纵坐标表示_______，横坐标表示各质点__________到振源或原点的距离。 比喻为某一时刻对所有质点拍下的波的图象 某一时刻各个质点离开平衡位置的位移。 2

续振动的“_________”。 图象变化趋势 相邻两个正向（或负向）位移最大值之间距离 图象随时间延长向前延伸，而曲线原有部分图形不变。 表示振动的周期。 “________” 随时间延长，波形图象沿波的传播方向向前平移（?x?v?t），不同时刻的波形图不同，且作周期性变化。 表示波在一个周期内传播的距离。 图 象 6、波的衍射： （1）概念：波绕过障碍物继续向前传播的现象叫波的衍射现象。

（2）发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或者差不多（3）一切波都能发生衍射现象，这是波的特有属性！ 7、波的干涉：

（1）波的叠加原理：

位移是两列波分别产生的位移的矢量和当两个波源产生的两列波在同一介质中传播时，介质中的每个质点都要同时参与两个分运动，在任一时刻，第一列波使某个质点a振动所产生的位移是x1，第二列波同时使质点a振动所产生的位移是x2，则质点a的位移就是这两列被分别产生的位移的矢量和．X=X1+X2 （2）波独立传播原理：

几列波在同一介质中传播，在介质中某一点（或某一区域）相遇时，每一列波都能够保持各自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之间互不影响，好像没遇到另一列波一样。 （3）波的干涉

1) 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉．

2)干涉图样：由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样．

3) 如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波峰相遇，经过半个周期，就变成波谷和波谷相遇．波峰和波峰相遇时，质点的位移最大，等于两列波的振幅之和；波谷和波谷相遇时，质点的位移也是最大，也等于两列波的振幅之和．因此在这一点，两列波引起的振动始终是加强的，质点的振动最激烈，振动的振幅等于两列波的振幅之和．

如果在某一时刻，在水面上的某一点是两列波的波峰和波谷相遇，经过半个周期，就变成波谷和波峰相遇，在这一点，两列波引起的振动始终是减弱的，质点振动的振幅等于两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，质点振动的振幅就等于零，水面保持平静．

把相应的振动最激烈的质点连起来，为振动加强区；相应的振动最不激烈或静止的质点连起来，为振动减弱区．振动加强区和振动减弱区是相互隔开的.

4）注意点： （1）振动加强的区域振动始终加强，振动减弱的区域振动始终减弱．

（2）振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的． 5）产生干涉的条件：

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（1）两列波相遇叠加不一定能得到稳定的干涉图样．而要产生稳定的干涉现象形成稳定的干涉图样，则需要满足一定的条件．

（2）产生干涉的条件：两列波的频率必须相同．

一切波（只要满足条件）都能发生干涉现象，干涉也是波特有的现象．

8、多普勒效应： （1）多普勒效应

当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感到频率发生变化的现象，叫多普勒效应。 多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象.。

（2）多普勒效应的内容：当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。

注意：在多普勒效应中，波源的频率是不变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。

（4）多普勒效应的应用：

①有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断火车的运动方向和快慢.

②有经验的战士可以从炮弹飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去.

③交通警察向行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来时，接收到的频率发生变化，由此可指示汽车的速度.

④由地球上接收到遥远天体发出的光波的频率可以判断遥远天体相对于地球的运动速度. 例1：关于多普勒效应的说法中,正确的是( ) A.只要波源在运动,就一定能观察到多普勒效应

B.当声源静止.观察者运动时,也可以观察到多普勒效应

C.只要声源在运动,观察者总是感到声音的频率变高

D.当声源相对观察者运动时,观察者听到的声音的音调可能变高,也可能变低

例2：当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时,我们听到汽笛声音调变高了,这是因为( ) A.声源振动的频率变高了 B.声波传播的速度变大了 C.耳膜振动的频率变大了 D.耳膜振动的频率变小了 关于次声波和超声波,下列说法中正确的是( ) A.次声波和超声波都不能引起人类听觉器官的感觉 B.次声波和超声波都容易发生明显的衍射现象 C.次声波在传播过程中基本上是沿直线传播的 D.超声波在传播过程中基本上是沿直线传播的 答案:AD

4.A

5.B下列仪器中利用“超声波可以定向发射”特性制成的有( A.声呐 C.超声波加湿器 答案:C

6.B下列仪器中利用“超声波穿透能力很强”特性制成的有( A.超声波测位仪 B.超声波探伤仪 C.超声波雾化治疗仪 答案:B

D.超声波加湿器

)

)

B.超声波探伤仪 D.超声波洁牙机

)

7.B下列关于多普勒效应的说法中,正确的是( A.只有声波才能发生多普勒效应 B.只有机械波才能发生多普勒效应

4

C.电磁波和光波也能发生多普勒效应

D.一切波都能发生多普勒效应 答案:CD

8.当人听到声音的频率越来越低时,可能的原因是( A.声源和人都是静止的,声源振动的频率越来越低

)

B.人静止.声源远离人做匀速直线运动,声源振动的频率不变 C.人静止,声源远离人做匀加速直线运动,声源振动的频率不变 D.人静止,声源远离人做匀减速直线运动,声源振动的频率不变 答案:AC

二、填空题(每空8分,共16分)

9.人耳能听到的声波频率范围约为______Hz,对应在空气中的波长范围约为______m 答案:20～20000;17～0.017

三、计算题(每小题14分,共28分)

10.从甲地向乙地发出频率f=100Hz的声波,当波速为330m／s时,刚好在甲、乙两地间形成一列有若干个完整波形的波,当波速为340m／s时,设完整波形的波数减少了2个,试求出甲、乙两地的距离. 答案:?1?SSv1f

?2?v2f

?1??2?2m

?S?224.4m11.正在报警的警钟,每隔0.5s钟响一声,一声接一声地响着.有一个人在以60km／h的速度正向警钟所在地接近的火车中,则这个人在5min内能听到几响? 答案:v=16.7m/s,n?600?vt??629响

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