知识讲解机械波的产生和传播

机械波的产生和传播

编稿：张金虎审稿：吴嘉峰

【学习目标】

1．知道直线上波的形成过程．

2．理解什么是机械波，确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式．

3．知道什么是横波、波峰和波谷．

4．知道什么是纵波、密部和疏部．

【要点梳理】

要点一、机械波

1．机械波的形成

（1）介质：能够传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种．可以把介质看成由许多质点构成，质点与相邻质点互相联系．

（2）平衡位置：在没有外来振动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所

在位置称为各自的平衡位置．

（3）波源：由于外来的扰动，在水、绳及空气的某一质点会引起振动，首先振动

的这个质点即为波源．

（4）由于介质之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，波

源周围质点跟着波源做受迫振动获得能量后，再带动邻近质点振动，于是振动就在介质中由近及远地传播．

（5）尽管各个质点都在重复波源的振动，但是各个质点振动的步调是不一致的，

沿着波的传播方向离波源远的质点开始振动的时间要落后于离波源近的质点．这就是说，在同一时刻，介质中各个质点离开平衡位置的位移是不相同的，这样就形成了凸凹相间（或疏密相间）的波形．

2．均匀介质中的横波形成过程

波源（被手握住的绳端）上、下做简谐振动，如

图．

水平均质绳上的振动传播过程，如图．

要点二、机械波形成的条件及分类 1．机械波形成的条件

（1）有持续振动的波源．（也叫振源）

（2）传播振动的介质．

波源做简谐运动时，在均匀介质中传播形成简谐波．

2．波的分类

（1）横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷．

（2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波．质点分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部．

要点诠释：气体、液体、固体都能传播纵波，但气体不能传播横波因为气体不能发生剪

3．横波和纵波的区别

要点三、振动与波

1

．振动与波动的关系

2．振动与波动的区别

（1）从运动对象看：

①振动是一个质点或物体以平衡位置为中心的往复运动．

②波动是在波源的带动下，介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动．

（2）从运动原因看：

①振动是由于质点受回复力作用的结果．

②波动是由于介质中相邻质点的带动的结果．

（3）从能量变化看：

①振动系统的动能和势能相互转化，对简谐运动来说，转化过程中总机械能保持不变．

②波传播过程中，介质里每一振动质点的动能和势能同时达到最大，同时达到最小，质点的机械能在最大与最小值之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，因而波的传播过程也是能量的传播过程．

3．“带动看齐”法分析质点的振动方向

在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点．用“带动看齐”的思路可分析各个质点的振动方向．

方法：在质点P靠近波源一方附近的图像上另找一点P＇，若P＇在P上方，则P 向上运动，若P＇在P下方，则P向下运动，如图所示．

4．波传播了运动形式，传递了能量，传递了信息

（1）各质点都做受迫振动，其振动的频率（或周期）都与波源的频率（或周期）相同，各质点的起振方向都与波源相同，但不同步，离波源越远的质点振动越滞后．（2）机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中各质点并不随波迁移，而是在自己的平衡位置附近振动．在横波中，波动方向与振动方向垂直．均匀介质中，波动是匀速运动，振动是变速运动．

（3）介质中各质点靠弹力相互作用，前一质点带动后一质点振动，后一质点跟着前一质点，故可根据前一质点的位置而确定后一质点的运动方向．此外，若不计能量损失，在均匀介质中各质点振动的振幅应相同．

（4）机械波在传播时也传递了信息．

【典型例题】

类型一、机械波的理解

例1．在机械波中有（）．

A．各质点都在各自的平衡位置附近振动

B．相邻质点间必有相互作用力

C．前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定落后于前一质点

D．各质点也随波的传播而迁移

【思路点拨】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动．

【答案】A、B、C

【解析】振源的振动使其周围质点依次振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位置附近振动，并不随波迁移．

【总结升华】波传播的特点是离波源近的质点带动离波源远的质点振动，离波源远的质点重复离波源近的质点的运动，因此各相邻质点间必须有力的作用，但各质点只能在平衡位置附近做简谐运动．

举一反三:【高清课堂：机械波的产生和传播例1】

【变式1】关于机械波的概念，下列说法中正确的是（）

A．质点振动的方向总是垂直于波传播的方向

B．简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等

C．任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长

D．相隔一个周期的两时刻，简谐波的图象相同

【答案】D

【解析】对于横波，质点振动的方向总是垂直于波传播的方向。对于纵波，（如弹簧振子）质点的震动和传播的方向是平行的，所以A错；绳上相距半个波长是绳长，并不等于半个波长，因为绳子此时是弯曲的，B错；质点并不随着波的传播而移动,它只做周期的震动，C错；相隔一个周期的所有时刻，简谐波的图象都是相同的，D正确。

举一反三:【高清课堂：机械波的产生和传播例6】

【变式2】一列沿x方向传播的横波，其振幅为A，波长为?，某一时刻波的图象如图所示。在该时刻，某一质点的坐标为0?（，），经过四分之一周期后，该质点的坐标为

（）

A． 5,04? B．A?，－

C．A?， D54A?，

【答案】B

类型二、波动中质点振动方向的判断

例2．如图所示为沿水平方向的介质中的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中O 为波源．设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过4T质点1开始起振，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法中正确的是（）．

A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚

B．图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或