高考物理機(jī)械波知識(shí)點(diǎn)整理歸納
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機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱(chēng)為機(jī)械波(mechanical wave)。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生,電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì),在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波(例如光波)可以在真空中傳播;機(jī)械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì),如:折射、反射等是一致的,描述它們的物理量也是相同的。常見(jiàn)的機(jī)械波有:水波、聲波、地震波。
機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械波,機(jī)械波的傳遞一定要有介質(zhì),有機(jī)械振動(dòng)但不一定有機(jī)械波產(chǎn)生。
形成條件
波源
波源也稱(chēng)振源,指能夠維持振動(dòng)的傳播,不間斷的輸入能量,并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機(jī)械波形成的必要條件,也是電磁波形成的必要條件。
波源可以認(rèn)為是第一個(gè)開(kāi)始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),波源開(kāi)始振動(dòng)后,介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)就以波源的頻率做受迫振動(dòng),波源的頻率等于波的頻率。
介質(zhì)
廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。在機(jī)械波中,介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒(méi)有介質(zhì)時(shí),機(jī)械波不會(huì)產(chǎn)生,例如,真空中的鬧鐘無(wú)法發(fā)出聲音。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中,波速是不同的。
下表給出了0℃時(shí),聲波在不同介質(zhì)的傳播速度,數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)-物理(選修3-4)》(2005年)[1]。單位v/m·s^-1
傳播方式與特點(diǎn)
質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)
機(jī)械波在傳播過(guò)程中,每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都只做上下(左右)的簡(jiǎn)諧振動(dòng),即,質(zhì)點(diǎn)本身并不隨著機(jī)械波的傳播而前進(jìn),也就是說(shuō),機(jī)械波的一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是沿一水平直線(xiàn)進(jìn)行的。例如:人的聲帶不會(huì)隨著聲波的傳播而離開(kāi)口腔。簡(jiǎn)諧振動(dòng)做等幅震動(dòng),理想狀態(tài)下可看作做能量守恒的運(yùn)動(dòng).阻尼振動(dòng)為能量逐漸損失的運(yùn)動(dòng).
為了說(shuō)明機(jī)械波在傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),現(xiàn)已繩波(右下圖)為例進(jìn)行介紹,其他形式的機(jī)械波同理[1]。
繩波是一種簡(jiǎn)單的橫波,在日常生活中,我們拿起一根繩子的一端進(jìn)行一次抖動(dòng),就可以看見(jiàn)一個(gè)波形在繩子上傳播,如果連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性上下抖動(dòng),就形成了繩波[1]。
把繩分成許多小部分,每一小部分都看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn),相鄰兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間,有彈力的相互作用。第一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在外力作用下振動(dòng)后,就會(huì)帶動(dòng)第二個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),只是質(zhì)點(diǎn)二的振動(dòng)比前者落后。這樣,前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),依次帶動(dòng)下去,振動(dòng)也就發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播,從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點(diǎn)系上紅布條,我們還可以發(fā)現(xiàn),紅布條只是在上下振動(dòng),并沒(méi)有隨波前進(jìn)[1]。
由此,我們可以發(fā)現(xiàn),介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn),在波傳播時(shí),都只做簡(jiǎn)諧振動(dòng)(可以是上下,也可以是左右),機(jī)械波可以看成是一種運(yùn)動(dòng)形式的傳播,質(zhì)點(diǎn)本身不會(huì)沿著波的傳播方向移動(dòng)。
對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的判定有很多方法,比如對(duì)比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng);還可以用"上坡下,下坡上"進(jìn)行判定,即沿著波的傳播方向,向上遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng),向下遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。
機(jī)械波傳播的本質(zhì)
在機(jī)械波傳播的過(guò)程中,介質(zhì)里本來(lái)相對(duì)靜止的質(zhì)點(diǎn),隨著機(jī)械波的傳播而發(fā)生振動(dòng),這表明這些質(zhì)點(diǎn)獲得了能量,這個(gè)能量是從波源通過(guò)前面的質(zhì)點(diǎn)依次傳來(lái)的。所以,機(jī)械波傳播的實(shí)質(zhì)是能量的傳播,這種能量可以很小,也可以很大,海洋的潮汐能甚至可以用來(lái)發(fā)電,這是維持機(jī)械波(水波)傳播的能量轉(zhuǎn)化成了電能。
機(jī)械波
機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱(chēng)為機(jī)械波。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生,電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì),在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波,例如光波,可以在真空中傳播;機(jī)械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì),如:折射、反射等是一致的,描述它們的物理量也是相同的。常見(jiàn)的機(jī)械波有:水波、聲波、地震波。
小編為大家整理的機(jī)械波知識(shí)點(diǎn)就到這里了,希望大家認(rèn)真閱讀,祝大家學(xué)業(yè)有成。
(責(zé)任編輯:郭峰)
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