机械振动及机械波知识点(全)
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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,是将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
∆=∆。 波速的大小由 的性质决定。一列波在不同介质中传播其波速不同。
对机械波来说,空气中的波速小于液体中的波速,小于固体中的波速。
〔四〕波速与波长和频率的关系
v =
注意:一列波的波长是受 和 制约的,即一列波在不同介质中传播时,波长不同。
知识点三:机械波的图象
〔一〕机械波的图象
波的传播也可用图象直观地表达出来。在平面直角坐标系中,用横坐标表示介质中各质点的 位置;用纵坐标表示某一时刻,各质点偏离 位置的位移,连接各位移矢量的末端,得出的曲线即为波的图象,
〔二〕物理意义
表示各质点在某一时刻离开 位置的情况。
〔三〕简谐波〔简谐振动在介质中传播形成的波〕的图象是正弦〔或余弦〕曲线。
如图:
〔四〕波的图象应用〔由图象可获取的信息〕
〔1〕振动质点的振幅A、波长λ。
如:一列简谐横波某一时刻的波形图如下图:
从图上可知振幅为cm,波长为cm。
假设已知波速v=16cm/s,由v
T
=可求周期T= 。
〔2〕这一时刻各质点的平衡位置、位移,回复力、加速度等。
如图中b点的平衡位置在cm处,此时偏离平衡位置的位移为cm,回复力和加速度均为向最大。
〔3〕在波速方向已知时,可确定各质点在该时刻的振动方向〔反之也可以〕
同侧法、上下坡法、质点带动法
〔4〕经过一段时间(Δt小于T/4)后的波形图
平移法
〔5〕波的图象与振动图象的区别与联系
振动图象波动图象
图象
形状
正〔余〕弦曲线正〔余〕弦曲线
研究
对象
个质点个质点
物理意义图线表示个作
简谐振动的质点在
时刻的位移大小和
方向
图线表示某时刻形成
波的个质点的位
移的大小和方向
横坐标质点振动经历的波传播方向上介质上
各质点的
位置
纵坐
标
一个质点的位移各质点的位移
相邻两个位移最大值之间的距离一个
利用
T
1
=
f
可知振动
频率
一个
假设知波速可求周期、
频率:
λ
vλ
T
f
==
判断质点在某一时刻振动方向的方法看下一,沿
振动方向垂直横坐
标
找前一
确定质点下时刻振动
到哪
时间变化对图象的影响振动图象随时间的
延长而继续延伸,
原来的部分
波形图象随时间的延
长而沿着x轴向传播方
向平移,由于前面各质
点的位置都要变化,因
此原来的图象也相应
会,形成新的波
形图象
机械波的现象
知识点四:波的衍射
〔一〕衍射现象
波绕过障碍物到障碍物后面继续传播的现象,叫做波的衍射。
〔二〕发生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长,或者跟波长。
〔三〕惠更斯原理对波的衍射的解释
波传到小孔〔或障碍物〕时,小孔〔或障碍物〕仿佛一个新的波源,由它发出与原来同频率的波〔称为子波〕在孔后传播,于是,就出现了偏离直线传播的衍射现象。
〔四〕衍射是波的现象,一切波都能发生衍射
只不过有些现象不明显,我们不容易观察到。
说明:当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射现象十分明显,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。
知识点五:波的干预
〔一〕波的独立传播原理和叠加原理
〔1〕波的独立传播原理
几列波相遇时,能够各自的运动状态继续传播而并不相互干扰,这是波的一个基本性质。
〔2〕波的叠加原理:两列波相遇时,该处介质的质点将同时参与两列波引起的振动,此时质点的位移等于两列波分别引起的位移的,这就是波的叠加原理。
〔二〕波的干预
〔1〕波的干预现象
频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,使某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互,这种现象叫做波的干预。
〔2〕产生稳定的干预现象的条件:两列波的频率相等。
干预条件的严格说法是:同一种类的两列波,〔或波长〕相同、相差