机械波知识点(全)

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 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）

质点带动法

离波源 处质点带动 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 波源一侧的点与该点的位置关系，若比该点位置低，则向 振动；若比该点位置高，则向 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 振动；b 跟a ，b 的位移要变小，经4T

回到平衡位置，所以b 向 运

动；c 跟b ，c 的位移要变大，经4T

到达最大位移处，所以c 向 运动；依此类推，d 向 运动，

e 向 运动。

（4）经过一段时间Δt 后的波形图

平移法

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

（四）波遇到两种介质界面时，总存在反射。

（五）常见的声波反射现象

（1）声波

一切发声的物体都在振动，它们就是声源。声源振动的时候，在空气中形成声波。声波在空气中是波。

声波可以在气体、液体、固体中传播，在固体中传播的速度最，且声波从一种介质到另一介质，保持不变。

（2）回声

对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，声能的一部分被吸收，而另一部分声能要反射回来，这种反射回来的声叫“回声”。回声是声波的反射现象。原声和回声相差s以上，人耳才能区分原声和回声。

如果声速已知，当测得声音从发出到反射回来的时间间隔，就能计算出反射面到声源之间的距离。

利用这个道理，已设计成水声测位仪，用以测量海水的深度、探测鱼群，或用地面上爆炸声波的反射用以探测地下的油矿等。

（3）夏日的雷声轰鸣不绝，原因是声波在云层界面多次。

（4）在空房间里讲话感觉声音更响原因是：声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板发生时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳，人耳只能分开相差0.1s以上的声音。所以人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果。

知识点三：波的折射

（一）波的折射

波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会改变，这种现象叫波的折射。

入射波的波线与与两介质界面法线的夹角叫做入射角i；折射波的波线与两介质界面法线的夹角叫做折射角r。如图所示：

（二）波的折射规律

（1）入射波的波线与折射波的波线及界面法线在同一平面内，入射线与折射线分居两侧。

（2）在波的折射中，波的不改变，折射波频率入射波频率。折射波的波速、波长均发生改变。

波发生折射的原因：是波在不同介质中的不同。

（3）入射角i、折射角r和波速之间有下述关系：

入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介

质中的速度之比，即：sin

sin i

r

。

当v1>v2时，i r，折射角折向法线；当v1

说明：对水波v

深水区>v

浅水区

。

（三）用惠更斯原理解释波的折射定律

（四）波遇到两种介质界面时，总存在折射。

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。