波的现象与声波

波的现象与声波

（一）波的现象

1. 波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象．

（1）波面：沿波传播方向的波峰（或波谷）在同一时刻构成的面．（2）波线：跟波面垂直的线，表示波的传播方向．

（3）入射波与反射波的方向关系．

①入射角：入射波的波线与平面法线的夹角．

②反射角：反射波的波线与平面法线的夹角．

③在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同．

（4）特例：夏日轰鸣不绝的雷声；在空房子里说话会听到声音更响．

（5）人耳能区分相差0.1 s以上的两个声音．

2. 波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象．

（1）波的折射中，波的频率不变，波速和波长都发生了改变．（2）折射角：折射波的波线与界面法线的夹角．

（3）入射角i与折射角r的关系

v1和v2是波在介质I和介质Ⅱ中的波速．i为I介质中的入射角，r为Ⅱ介质中的折射角．

3. 波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象．

衍射是波的特性，一切波都能发生衍射．

产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。

例如：“隔墙有耳”就是声波衍射的例证．

说明：衍射是波特有的现象．

4. 波的叠加与波的干涉

（1）波的叠加原理：在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和．相遇后仍保持原来的运动状态．波在相遇区域里，互不干扰，有独立性．（2）波的干涉：

①条件：频率相同的两列同性质的波相遇．

②现象：某些地方的振动加强，某些地方的振动减弱，并且加强和减弱的区域间隔出现，加强的地方始终加强，减弱的地方始终减弱，形成的图样是稳定的干涉图样．

说明：①加强、减弱点的位移与振幅．

加强处和减弱处都是两列波引起的位移的矢量和，质点的位移都随时间变化，各质点仍围绕平衡位置振动，与振源振动周期相同．加强处振幅大，等于两列波的振幅之和，即A＝A1 ＋A2，质点的振动能量大，并且始终最大．

减弱处振幅小，等于两列波的振幅之差，即A＝∣A1－A2∣，质点振动能量小，并且始终最小，若A1＝A2，则减弱处不振动．加强点的位移变化范围：－∣A1＋A2∣～∣A1＋A2∣

减弱点位移变化范围：－∣A1－A2∣～∣A1－A2∣

②干涉是波特有的现象．

③加强和减弱点的判断．

波峰与波峰（波谷与波谷）相遇处一定是加强的，并且用一条直线将以上加强点连接起来，这条直线上的点都是加强的；而波峰与波谷相遇处一定是减弱的，把以上减弱点用直线连接起来，直线上的点都是减弱的．加强点与减弱点之间各质点的振幅介于加强点与减弱点振幅之间．

当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差Δs是波长整数倍处是加强区．而路程差是半波长奇数倍处是减弱区．任何波相遇都能叠加，但两列频率不同的同性质波相遇不能产生干涉．

5. 多普勒效应

（1）由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象．实质是：波源的频率没有变化，而是观察者接收到的频率发生了变化．

（2）多普勒效应的产生原因

观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数．当波以速度v通过接收者时，时间t内通过的完全波的个数为N＝vt/λ，因而单位时间内通过接收者的完全波的个数，即接收频率f＝v/λ．

若波源不动，观察者朝向波源以速度v2运动，由于相对速度增大

而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，即

，可见接收频率增大了.同理可知，当观察者背离波源运动时，接收频率将减小．

若观察者不动，波源朝向观察者以速度v1运动，由于波长变短为λ’＝λ－v1T，而使得单位时间内通过观察者的完全波的个数增多，

即，可见接收频率亦增大，同理可知，当波源背离观察者运动时，接收频率将减小．

注：发生多普勒效应时，波源的真实率不发生任何变化，只是观察者接收到的频率发生了变化．

（3）相对运动与频率的关系

①波源与观察者相对静止：观察者接收到的频率等于波源的频率．

②波源与观察者相互接近：观察者接收到的频率增大．

③波源与观察者相互远离：观察者接收到的频率减小．

（二）声波

（1）空气中的声波是纵波．能在空气、液体、固体中传播．在通常情况下在空气中为340m／s，随介质、温度改变而变．（2）人耳听到声波的频率范围：20 Hz—20000 Hz.

（3）能够把回声与原声区分开来的最小时间间隔为0.1s

（4）声波亦能发生反射、折射、干涉和衍射等现象．声波的共振现象称为声波的共鸣．

（5）次声波：频率低于20 Hz的声波．

（6）超声波：频率高于20000 Hz的声波．

应用：声呐、探伤、打碎、粉碎、诊断等．

（7）声音的分类①乐音：好听悦耳的声音．乐音的三要素：音调（基音的频率的高低）、响度（声源的振幅大小）、音品（泛音的多少，由泛音的频率和振幅共同决定）．声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的能量．②噪声：嘈杂刺耳的声音，是妨碍人的正常生活和工作的声音．噪声已列为国际公害．