机械波的产生和传播

机械波的产生和传播

编稿：门俊涛责编赵一平：

目标认知

学习目标

1.掌握机械波的概念和机械波产生的条件。

2.知道波传播的是振动的形式，同时波也是传递能量的一种运动方式。

3.了解机械波的种类，知道什么是横波中的波峰和波谷、纵波中的疏部和密部。

4.理解波速的意义，知道决定波的频率、波速和波长的因素以及它们三者的关系。

5.理解机械波的图象及其意义。

学习重点、难点

1.机械波的形成原因及传播过程的特征。

2.机械波的图象及其意义。

知识要点梳理

知识点一：波的形成和传播

要点诠释：

1. 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）

2．机械波

机械振动在介质中的传播形成机械波。

3．形成机械波的条件

(1)要有波源；(2)要有能传播振动的介质。

注意：有机械波必有机械振动，而有机械振动不一定能产生机械波。

4．机械波的传播特征

(1)机械波传播的仅仅是振动这种运动形式，介质本身并不随波迁移。

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，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，是振动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相同，各质点仅在各自的平衡位置附近振动，并不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能量的一种形式。

5．波的分类

波按照质点振动方向和波的传播方向的关系，可分为：

（1）横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，其波形为凹凸相间的波。凸起的最高处叫波峰，凹下的最底处叫波谷。

（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致的波，其波形为疏密相间的波。质点分布最密的地方叫作密部，质点分布最疏的地方叫作疏部。

知识点二：描述机械波的物理量

要点诠释：

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。

振动在一个周期内在介质中传播的距离等于一个波长。

2．频率（f）

波的频率由波源决定，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。

3．波速（v）

振动在介质中传播的速度，即单位时间内振动向外传播的距离，。

波速的大小由的性质介质决定。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。

4．波速与波长和频率的关系

注意：一列波的波长是受波速和频率制约的，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

要点诠释：

1．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平衡位置；用纵坐标表示某一时刻，各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，

2．物理意义

表示各质点在某一时刻离开平衡位置的情况。

3．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：

4．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图所示：

从图上可知振幅为5cm，波长为8cm。

若已知波速v＝16cm/s，由可求周期=。

（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2cm处，此时偏离平衡位置的位移为正向最大5cm，回复力和加速度均为负向最大。

（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)

①质点带动法

离波源近处质点带动远处质点振动，即远处质点总是重复近处质点的振动状态。所以判断某质点的振动方向，可看其附近靠近波源一侧的点与该点的位置关系，若比该点位置低，则向下振动；若比该点位置高，则向上振动。

如上图若已知波向右传播，a点应在它前面的质点之后振动，在y-x图的-x方向再添一点，则波形图在下方，所以a应向下振动；b跟a，b的位移要变小，经回到平衡位置，所以b向下运动；c跟b，c的位移

要变大，经到达最大位移处，所以c向上运动；依此类推，d向上运动，e向下运动。

②波形平移法

可以先画出下一个时刻的波的图象，画法是将原波的图象向波的传播方向平移，这样可看出质点的振动方向。

如经Δt时间后，振动向波的传播方向传播，波峰向后推移，由于质点本身并不随波迁移，只在平衡位置附近上下来回振动，由此可得质点的振动方向如图：

(4)经过一段时间Δt后的波形图

画出经Δt时间后的波形图，可采用两种办法：

①特殊点法(描点法)

在波形上找两个特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，再看Δt ＝nT+t。由于nT波形不变，所以采取去整零t的办法，分别作出两特殊点经t后的位置，然后按照正弦规律画出新波形。

②平移法

先计算出经Δt时间波传播的距离Δx＝v·Δt，因为波动图象的重复性，若知波长λ，则波形平移nλ时波形不变，当Δx=nλ+x时，可采取去整nλ留零x的方法，只需把波形沿波的传播方向平移x即可，然后按照正弦规律补全新波形。

5．波的图象与振动图象的区别与联系

振动图象波动图象