机械波的形成与传播

机械波的形成与传播一、机械波的形成与传播： 机械振动在介质中的传播叫机械波。形成机械波要有物体机械振动，这个振动的物体叫做波源。还要有传播机械波的介质，如气体、固体、液体，但真空不能传递机械波。机械波是通过介质将振动的形式和能量向外传播而形成的，波源和介质是形成机械波的必要条件。 机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量。介质中的各个质点并没有随波迁移。从局部看，介质中的各个质点都在各自的平衡位置附近振动，从整体看，介质中距波源较近的质点先振动，并且带动距波源较远的质点随之振动，向外传播波源的运动形式和波源提供的能量。介质中的各质点做的都是受迫振动，所以介质中各质点振动的周期和频率都与波源的振动周期和频率相同，这个周期和频率就叫做机械波的周期和频率。波的传播是需要时间的，机械波在传播过程中，介质中各个质点振动的周期和频率是相同的，但它们振动的步调不同，在波传播方向上后面的质点总是追随前面质点的振动，其步调总比前面质点滞后一些。 机械波分横波和纵波两种，介质中各质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，介质中各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。在同一种介质中，纵波比横波传播速度快。比如地震波就是二者混合而成的。其中纵波就会提前于横波到达灾区。 二、描述波的物理量波长，周期（频率）和波速： 波长的意义可从两个角度去理解，反映了研究波的两种方法。从振动的角度来讲，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。如相邻的两个波峰或波谷间的距离就是一个波长。从波传播的角度来讲，一个周期时间内，振动在介质中传播的距离叫做一个波长。 波的周期和频率就是介质中各个点振动的周期和频率，它等于波源的周期和频率，波的周期和频率由波源唯一决定，与波传播的介质无关，并在波传播过程中保持不变。 波传播的距离和所有时间的比叫波速。 由波长和周期的意义可以得出波的公式：.波速是由介质的性质决定的，与波源无关，不同介质波速不同。波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不变，波长与波在介质中的波速成正比，亦即波长将由介质和波源共同决定。三、波的图象：波在介质中传播时，介质中不同质点的位移随时间变化的情况是不同的，介质中某一点的振动位移既跟时间有关，又跟它距波源的距离有关，为了表示波在介质中的传播情况，通常选定某一时刻，用纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的位移，横作标表示介质中各个质点的平衡位置，用平滑的曲线连接此时刻各质点位移矢量的末端，这就是该时刻波的图象。波的图象是一条正弦或余弦曲线，从波的图象中可以看出：在波的传播方向上的介质中各点在某时间离开平衡位置的位移；波的波长；介质中各质点振动的振幅，若知道波的传播速度，则可由波的公式/T=v，求出波的周期和频率。 波的传播具有时间的周期性和空间的周期性，时间的周期性是指每隔一个周期或一个周期整数倍的时间，波形总是重复出现的，这是因为每隔一个周期整数倍的时间，介质中各个质点振动情况总是重复的；空间的周期性是指沿波的传播方向上每隔一个波长整数倍的距离的质点振动情况总是相同的，因此如果将波的图象沿着波的传播方向平行移动一个波长的整数倍距离，波形也是相同的。 四、波的干涉和衍射，波的干涉和衍射是波特有的现象 波的干涉是频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强的减弱的区域互相间隔，形成稳定分布的现象。波的衍射是波绕过障碍物偏离直线传播的现象，障碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多时，才有比较明显的衍射现象。 五、横波问题的理解与感悟： 1：根据波的图象可直接读出该时刻介质中各质点对平衡位置的位移，质点振动的振幅和波长，要熟练掌握、根据波传播方向，判断质点振动方向可有两种基本方法、即前质点带动后质点振动法和波形平移法，根据质点的振动方向判断波传播方向，可采取上述相反的方法判断。2：由于质点振动的周期性，将导致求解波的问题中，波速、波长、频率（周期）具有多解性。具体包括在已知波传播方向的情况下，讨论波长的多解问题，及不知传播方向的情况下，讨论波沿正反两方向传播时波长的可能值的多解问题。只有将两个方向传播时的所有情况都考虑周全，波长的可能值含在一起才是完整的，否则，将漏解。3：在波传播过程中，如果没有条件限制，其波速有多解性，解题时一定要认真分析，不要发生漏解。由于波的传播具有时间的周期性和空间的周期性，在求解波的问题上，如果没有条件限制，波速，波长，频率（周期）将出现多解问题，要研究题意，避免漏解。 由于机械波的具有周期性、双向性，也使它成为了高中学习中，极为特殊的一章。不需要严谨的力学分析，也用不着光学严格的绘图。只要了解它的传播原理，就能很快得到题目的答案。但是机械波的解题要求速度很快，这就需要学习者有必要的技巧，及一定量的练习。相信通过不懈的努力，大家定能发现机械波特有的魅力。让它成为艰苦的物理学习中的一个休息站。机械波的形成与传播 哈尔滨市第24中学 物理组：廉家麒 2007-12-25