高三物理機械波知識點
機械振動在介質中的傳播稱為機械波(mechanical wave)。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振盪產生;機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波(例如光波)可以在真空中傳播;機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機械波與電磁波的許多物理性質,如:折射、反射等是一致的,描述它們的物理量也是相同的。常見的機械波有:水波、聲波、地震波。
機械振動產生機械波,機械波的傳遞一定要有介質,有機械振動但不一定有機械波產生。
形成條件
波源
波源也稱振源,指能夠維持振動的傳播,不間斷的輸入能量,並能發出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機械波形成的必要條件,也是電磁波形成的必要條件。
波源可以認為是第一個開始振動的質點,波源開始振動後,介質中的其他質點就以波源的頻率做受迫振動,波源的頻率等於波的頻率。
介質
廣義的介質可以是包含一種物質的另一種物質。在機械波中,介質特指機械波藉以傳播的物質。僅有波源而沒有介質時,機械波不會產生,例如,真空中的鬧鐘無法發出聲音。機械波在介質中的傳播速率是由介質本身的固有性質決定的。在不同介質中,波速是不同的。
下表給出了0℃時,聲波在不同介質的傳播速度,數據取自《普通高中課程標準實驗教科書-物理(選修3-4)》(2005年)[1]。單位v/ms^-1
傳播方式與特點
質點的'運動
機械波在傳播過程中,每一個質點都只做上下(左右)的簡諧振動,即,質點本身並不隨着機械波的傳播而前進,也就是説,機械波的一質點運動是沿一水平直線進行的。例如:人的聲帶不會隨着聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動做等幅震動,理想狀態下可看作做能量守恆的運動.阻尼振動為能量逐漸損失的運動.
為了説明機械波在傳播時質點運動的特點,現已繩波(右下圖)為例進行介紹,其他形式的機械波同理[1]。
繩波是一種簡單的橫波,在日常生活中,我們拿起一根繩子的一端進行一次抖動,就可以看見一個波形在繩子上傳播,如果連續不斷地進行週期性上下抖動,就形成了繩波[1]。
把繩分成許多小部分,每一小部分都看成一個質點,相鄰兩個質點間,有彈力的相互作用。第一個質點在外力作用下振動後,就會帶動第二個質點振動,只是質點二的振動比前者落後。這樣,前一個質點的振動帶動後一個質點的振動,依次帶動下去,振動也就發生區域向遠處的傳播,從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點繫上紅布條,我們還可以發現,紅布條只是在上下振動,並沒有隨波前進[1]。
由此,我們可以發現,介質中的每個質點,在波傳播時,都只做簡諧振動(可以是上下,也可以是左右),機械波可以看成是一種運動形式的傳播,質點本身不會沿着波的傳播方向移動。
對質點運動方向的判定有很多方法,比如對比前一個質點的運動;還可以用上坡下,下坡上進行判定,即沿着波的傳播方向,向上遠離平衡位置的質點向下運動,向下遠離平衡位置的質點向上運動。
機械波傳播的本質
在機械波傳播的過程中,介質裏本來相對靜止的質點,隨着機械波的傳播而發生振動,這表明這些質點獲得了能量,這個能量是從波源通過前面的質點依次傳來的。所以,機械波傳播的實質是能量的傳播,這種能量可以很小,也可以很大,海洋的潮汐能甚至可以用來發電,這是維持機械波(水波)傳播的能量轉化成了電能。
機械波
機械振動在介質中的傳播稱為機械波。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振盪產生;機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波,例如光波,可以在真空中傳播;機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機械波與電磁波的許多物理性質,如:折射、反射等是一致的,描述它們的物理量也是相同的。常見的機械波有:水波、聲波、地震波。
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