机械振动及机械波知识点(全)

机械波的产生和传播

⑥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，是将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一............. 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（入）

两个一...... 的、在振动过程中对一 ......... 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。

⑥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，

（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：

J

m

A

丁 \

n

/

\ /> -A

...V

（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 、波长入。

女如: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

若已知波速v= 16cm/ s ,由v

可求周期T= 。 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 , 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）

同侧法、上下坡法、质点带动法

（4） 经过一段时间（△ t 小于T/4）后的波形图

回复力和加速度 振动图象 波动图象

图象 形

状

正

A

1 V （余）弦曲线

°[ \ / 正（余）弦曲线 研究 对象

....... 个质点 ....... 个质点 物理 意义

图线表示

个作 简谐振动的质点在 时刻的位移大小和 方向 图线表示某时刻形成 波

的 个质点的位 移的大小和方向 横坐 标 质点振动经历的 ...

波传播方向上介质上 各质点的

位置

纵坐

标

一个质点的位移

各质点的位移

平移法

波形图象随时间的延 长而沿着X 轴向传播方 向平移，由于前面各质 点的位置都要变化，因 此原来的图象也相应 会 ，形成新的波

形图象

机械波的现象

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。 知识点五：波的干涉

（一） 波的独立传播原理和叠加原理

（1） 波的独立传播原理

几列波相遇时，能够 ...... 各自的运动状态继续传播而并不相互干扰，这是波的一个基本性质。 （2） 波的叠加原理：两列波相遇时，该处介质的质点将同时参与两列波引起的振动，此时质点的

相邻 两个 位移 最大 值之 间的 距离 判断 质点 在某 一时 刻振 动方

向的 方法 利用f 1可知振动

T

频率

看下一 ______ ，沿 振动方向垂直横坐 标

若知波速可求周期、频 率：

v 上并

T

找前一 _______

确定质点下时刻振动 到哪

时间 变化 对图 象的 影响

振动图象随时间的 延长而继续延伸， 原来的部分

位移等于两列波分别引起的位移的............ ，这就是波的叠加原理。

（二）波的干涉

（1）波的干涉现象

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互..... .... ，这种现象叫做波的干涉。

（2）产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相等。

干涉条件的严格说法是：同一种类的两列波，（或波长）相同、相差恒定，在同一平面内振动。高中阶段我们不讨论相和相差，且限于讨论一维振动的情况，所以只强调“频率相同”这一条件。

（3）—切波都能发生干涉，干涉是波的...... 现象之一。

（三）对振动加强点和减弱点的解释

波的干涉示意图

（1）振动加强点

设波源S i、S2在a点分别引起的振幅为A i、A2，以图中a点波峰与波峰相遇时计时，波源S i、S2 分别引起质点a振动的图象如图甲、乙所示，当两列波重叠时，质点a同时参与两个振动，合振动图象如图丙所示：

①从波源S i、S2发出的两列波传到振动加强的点a是同相（即振动步调一致）的，引起a点的振

动方向是的，振幅是A = 。

②振动加强是指该处质点的振幅增大，或者说相干的两列波在该处分别引起的位移总是 ________ ，

故质点的总位移等于两个分位移______ ，从而振动加强。

（2）振动的减弱点

以波源S i、S2分别将波峰、波谷传到b点时开始计时，波源S i、S2分别引起质点b振动的图象如

①从波源S i、S2发出的两列波传到振动减弱的点b是反相（即振动步调相反）的，引起b点的振

动方向______ ，振幅为A = ______________ 。

②振动减弱是指该处质点的振幅减小，或者说相干的两列波在该处分别引起的位移总是 ________ ,

故质点的总位移等于两个分位移之_______ ，从而振动减弱。

（四）振动加强区和减弱区到两波源的距离关系

振动完全相同的两列波，某点到两波源间的距离之差为半波长的 _________ 倍（波长的整数倍），则是振动加强区；某点到两波源间的距离之差为半波长的__________ 倍，则是振动减弱区。

说明：

（1）任何两列波相遇时都可以叠加，显然，若两波的频率（或波长）不同，在某一时刻峰、峰（或谷、谷）相遇振动加强的点，在另一时刻，不会始终加强，也就不会出现稳定的干涉图样，只是一般

的波的叠加现象，而波的干涉是指波叠加中的一个特例。

两列波要发生干涉必须具备一定的条件（两列波的频率（波长）必须相同），通常把符合干涉条纹的两列波的波源叫相干波源。相干波源形成的图样叫干涉图样，是稳定的。稳定干涉中，振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，并且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

（2）振动加强区域的质点，其振幅最大，等于两列波的振幅之和；振动减弱区域的质点，其振幅最小（可能为零），等于两列波的振幅之差，其值保持不变。

加强区域内各点的振动位移 __________ 都比减弱区内各点的振动位移大。振动加强点的振幅最_____ ，但并不是说它的位移总是最_______ ，振动加强的质点也要通过平衡位置，此时它的位移为零，也是一个由0到A的变化过程。

Q知识点六：多普勒效应

（一）波源的频率与观察者接收到的频率

（1）声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源......... 的完全波的个数。而观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内......... 到的完全波的个数决定的。

（2）波源和观察者相对介质都不动时，观察者接收到的频率_______ 波源的频率。

（3）声波与观察者有相对运动时，若波源的频率没有发生变化，观察者接收到的频率却发生了变化。

①波源相对介质不动，而观察者向着波源运动：在单位时间内观察者向着波源移动一段距离，与观察

者不动的情况比较，观察者单位时间内接收到的完全波的个数，即接收到的频率

同理，如果观察者远离波源，观察者单位时间内接收到的完全波的个数________ ，即接收到的频率_______ 。

②观察者相对介质不动，而波源运动：波源接近观察者时，观察者接收到的频率 ________ ;波源远

离观察者时，接收到的频率________ 。

（二）多普勒效应