机械振动及机械波知识点(全)知识讲解

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图所示：

从图上可知振幅为cm，波长为cm。

若已知波速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

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

若知波速可求周期、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：波的干涉

（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）波的干涉

（1）波的干涉现象

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涉。

（2）产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相等。

干涉条件的严格说法是：同一种类的两列波，（或波长）相同、相差