① 機械波概念
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。
機械波 - 形成與傳播
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,真空中的鬧鍾無法發出聲音。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《普通高中課程標准實驗教科書-物理(選修3-4)》(2005年)[1]。單位v/m·s^-1
介質
空氣 純水
鹽水 橡膠 軟木 銅 鐵
波速 332 1490 1531 30--50 480 3800 4900
機械波 - 傳播方式與特點
繩波質點的運動
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,質點本身並不隨著機械波的傳播而前進,例如:人的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。
為了說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周期性上下抖動,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,質點本身不會沿著波的傳播方向移動。
機械波 - 機械波傳播的本質
惠更斯原理在機械波傳播的過程中,介質里本來相對靜止的質點,隨著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。
惠更斯原理(Huygens principle)
惠更斯原理用於解釋球面波和平面波的傳播,此外還可以解釋波的反射、衍射的現象
在總結許多實驗的基礎上,荷蘭科學家惠更斯提出:介質中波陣面上每一個點(有無數個)都可以看成一個新的波源,這些新的波源發出的子波。經過一定時間後,這些子波的包絡面就構成下一時刻的波面[1]。
惠更斯原理根據惠更斯原理,我們可以解釋球面波的波面是怎樣形成的,右圖中,點波源O發出的波在t時刻的波面是一個球面S,該球面上每一個點都可以看成一個新的點波源,它們各自向前發出球面子波,下一時刻(t △t)新的波面S',就是這些子波波面相切的包絡面;平面波同理。
惠更斯原理的局限
①沒有說明子波的強度分布問題;
②沒有說明波為什麼只能向前傳播,而不向後傳播的問題。
後來,菲涅耳對惠更斯原理作了重要的補充,形成惠更斯-菲涅耳原理,這些缺陷才被克服[2]。
機械波 - 基本分類
橫波與縱波
機械波波長隨著機械波的傳播,介質中的質點振動起來。根據質點的振動方向和波傳播的傳播方向之間的關系,可以把機械波分為橫波和縱波兩類。
橫波(transverse wave)
物理學中把質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波,稱作橫波。在橫波中,凸起的最高處稱為波峰,凹下的最低處稱為波谷。
繩波是常見的橫波。
縱波(longitudinal wave)
物理學中把質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線的波,稱作縱波。質點在縱波傳播時來回振動,其中質點分布最密集的地方稱為密部,質點分布最稀疏的地方稱為疏部。
聲波是常見的縱波。
② 描述機械波的物理量有哪幾個
波速與波長和頻率的關系:v=λf,波速大小由介質決定. 4.機械波的特點:(1)每一質點都以它的平衡位置為中心做簡諧運動;後一質點的振動總是落後於
③ 機械波知識點有哪些
機械波知識點有:
1、機械波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。
2、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。
3、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。
4、機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波。
5、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。
④ 描述機械波的物理量:(1)波長λ:兩個相鄰的,在振動過程中相對平衡位置的位移總是相等的質點間的距離
(1)據波長的定義可知,在橫波中,兩個相鄰波峰或相鄰波谷之間的距離.
(2、3)頻率由波源決定,波速由介質決定;據波速公式得:v=
λ |
T |
λ |
T |
⑤ 機械波的介紹
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。
⑥ 機械波的描述
波形曲線
如果在繩子波動的某個時刻拍下照片,就能得到該時刻的波形。這個波形是由同一時刻具有不同位移的繩上各質點組成的。如果在波形上添加一個坐標系,就可以得到該時刻這個波的圖像。用橫坐標x表示沿波傳播方向上各個質點的平衡位置,用縱坐標y表示各個質點離開平衡位置的大小,規定位移方向向上為正值。在坐標平面上,以某一時刻各個質點的x、y值描出各對應點,在用光滑的曲線連接起來,就得到該時刻波的圖像,也稱波形曲線或波形。在波的圖像上,通常用箭頭表示出波的傳播方向。
波形曲線與振動圖像有差別,振動圖像是振動物體在不同時刻的位移,而波形曲線則是一個特定時刻所有質點的位移。
波形曲線上,我們可以讀出同一時刻所有質點的位移、方向,以及波長、周期等物理量。
簡諧波(simple harmonic wave)
如果介質中各個質點做簡諧運動,它所形成的波就是一種最基本、最簡單的波,稱為簡諧波,它的波形是正弦(或餘弦)曲線。其他波可以看成是若干個簡諧波合成的 。
物理描述
描述機械波的物理量同樣適用於電磁波,因此,這里「機械波」簡稱「波」
波長(wave length)
沿著波的傳播方向,兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質點間的距離稱作波長,常用λ表示 。在橫波中,波長等於「波峰-波峰」的長度或「波谷-波谷」的長度;在縱波中,波長等於「密部-密部」或「疏部-疏部」的長度。
頻率與周期
波上任意一個質點完成一次全振動所需時間稱為周期,常用T表示,單位是s;介質中的質點單位時間內完成全振動的次數叫做波的頻率,常用f表示,單位是Hz。頻率是周期的倒數。
波速(wave speed)
波速是單位時間內波在介質中傳播的距離,為波長和頻率的乘積(v=λf),表示波在的傳播速度。機械波在特定介質中的傳播速度是固定的 。
⑦ 物理學上的波,目前知道的有多少種
機械波是由擾動的傳播所導致的在物質中動量和能量的傳輸.物質本身沒有相應的大塊的移動.例子有,沿著弦或彈簧傳播的波、聲波、水波.我們稱傳播波的物質叫介質,它們是可形變的或彈性的和連綿延展的.對於電磁波或引力波,介質並不是必要的.傳播的擾動不是介質的移動而是場.有橫波(例如沿弦的波)、縱波(例如聲波)和混合波(例如水波及地震波).有橫波(例如沿弦的波)、縱波(例如聲波)和混合波(例如水波及地震波).按照波動方程,可以有線性波和非線性波.後者有沖擊波(shock waves)或非線性色散介質中的孤立波(solitarywaves
波動是物質運動的重要形式,廣泛存在於自然界。被傳遞的物理量擾動或振動有多種形式,機械振動的傳遞構成機械波,電磁場振動的傳遞構成電磁波(包括光波),溫度變化的傳遞構成溫度波(見液態氦),晶體點陣振動的傳遞構成點陣波(見點陣動力學),自旋磁矩的擾動在鐵磁體內傳播時形成自旋波(見固體物理學),實際上任何一個宏觀的或微觀的物理量所受擾動在空間傳遞時都可形成波。最常見的機械波是構成介質的質點的機械運動(引起位移、密度、壓強等物理量的變化)在空間的傳播過程,例如弦線中的波、水面波、空氣或固體中的聲波等。產生這些波的前提是介質的相鄰質點間存在彈性力或准彈性力的相互作用,正是藉助於這種相互作用力才使某一點的振動傳遞給鄰近質點,故這些波亦稱彈性波。振動物理量可以是標量,相應的波稱為標量波(如空氣中的聲波),也可以是矢量,相應的波稱為矢量波(如電磁波)。振動方向與波的傳播方向一致的稱縱波,相垂直的稱為橫波。
⑧ 高考物理的機械波怎麼做
機械波既是:機械振動在介質中傳播而形成的波。
按介質中質點振動方向和波傳播方向間的關系,可分為橫波和縱波兩種:質點振動方向與波傳播方向垂直的叫橫波;在一條直線上的則叫縱波。固體中既能傳播橫波又能傳播縱波;液體和氣體中只能傳播縱波。
機械波的產生:機械振動在介質中的傳播過程叫機械波.機械波產生的條件有兩個:一是要有做機械振動的物體作為波源,二是要有能夠傳播機械振動的介質.
有機械波必有機械振動,有機械振動不一定有機械波.
但是,已經形成的波跟波源無關,在波源停止振動時仍會繼續傳播,直到機械能耗盡後停止.
2.橫波和縱波:質點的振動方向與波的傳播方向垂直的叫橫波.凸起部分叫波峰,凹下部分叫波谷.質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上的叫縱波.質點分布密的叫密部,分布疏的叫疏部.
3.描述機械波的物理量
(1)波長λ:兩個相鄰的、在振動過程中對平衡位置的位移總是相等的質點間的距離叫波長.
在橫波中,兩個相鄰波峰(或波谷)間的距離等於波長.
在縱波中,兩個相鄰密部(或疏部)間的距離等於波長.
在一個周期內機械波傳播的距離等於波長.
(2)頻率f:波的頻率由波源決定,在任何介質中頻率不變.
(3)波速v:單位時間內振動向外傳播的距離.
波速與波長和頻率的關系:v=λf,波速大小由介質決定.
4.機械波的特點:(1)每一質點都以它的平衡位置為中心做簡諧運動;後一質點的振動總是落後於帶動它的前一質點的振動.(2)波傳播的只是運動形式(振動)和振動能量,介質中的質點並不隨波遷移.
理解一些概念!背一些公式!在積累一些做題的方法就行了!
波速v=s/t=λf=λ/t