高考物理機(jī)械波知識(shí)點(diǎn)整理

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形成條件

波源

波源也稱振源，指能夠維持振動(dòng)的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機(jī)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(rèn)為是第一個(gè)開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，波源開始振動(dòng)后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)就以波源的頻率做受迫振動(dòng)，波源的頻率等于波的頻率。

介質(zhì)

廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。在機(jī)械波中，介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的`物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時(shí)，機(jī)械波不會(huì)產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的。

下表給出了0℃時(shí)，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理(選修34)》(2022年)[1]。單位v/ms^1

傳播方式與特點(diǎn)

質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)

機(jī)械波在傳播過程中，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都只做上下(左右)的簡諧振動(dòng)，即，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨著機(jī)械波的傳播而前進(jìn)，也就是說，機(jī)械波的一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是沿一水平直線進(jìn)行的。例如：人的聲帶不會(huì)隨著聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動(dòng)做等幅震動(dòng),理想狀態(tài)下可看作做能量守恒的運(yùn)動(dòng).阻尼振動(dòng)為能量逐漸損失的運(yùn)動(dòng).

為了說明機(jī)械波在傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，現(xiàn)已繩波(右下圖)為例進(jìn)行介紹，其他形式的機(jī)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(jìn)行一次抖動(dòng)，就可以看見一個(gè)波形在繩子上傳播，如果連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性上下抖動(dòng)，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(gè)質(zhì)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間，有彈力的相互作用。第一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在外力作用下振動(dòng)后，就會(huì)帶動(dòng)第二個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)二的振動(dòng)比前者落后。這樣，前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，依次帶動(dòng)下去，振動(dòng)也就發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點(diǎn)系上紅布條，我們還可以發(fā)現(xiàn)，紅布條只是在上下振動(dòng)，并沒有隨波前進(jìn)[1]。

由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在波傳播時(shí)，都只做簡諧振動(dòng)(可以是上下，也可以是左右)，機(jī)械波可以看成是一種運(yùn)動(dòng)形式的傳播，質(zhì)點(diǎn)本身不會(huì)沿著波的傳播方向移動(dòng)。

對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的判定有很多方法，比如對(duì)比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng);還可以用上坡下，下坡上進(jìn)行判定，即沿著波的傳播方向，向上遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，向下遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械波傳播的本質(zhì)

在機(jī)械波傳播的過程中，介質(zhì)里本來相對(duì)靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著機(jī)械波的傳播而發(fā)生振動(dòng)，這表明這些質(zhì)點(diǎn)獲得了能量，這個(gè)能量是從波源通過前面的質(zhì)點(diǎn)依次傳來的。所以，機(jī)械波傳播的實(shí)質(zhì)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(fā)電，這是維持機(jī)械波(水波)傳播的能量轉(zhuǎn)化成了電能。

機(jī)械波

機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)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(jī)械波可以是橫波和縱波，但電