机械波的产生和传播 -2021-2022学年高二物理精讲精练（人教版选修3-4）

2021-2022学年高二物理精讲精练（人教版选修3-4）

机械波的产生和传播   

【学习目标】

1．知道直线上波的形成过程．

    2．理解什么是机械波，确认波是传播振动形式和传递能量的一种方式．

    3．知道什么是横波、波峰和波谷．

    4．知道什么是纵波、密部和疏部．

 

【要点梳理】

要点一、机械波

           

    1．机械波的形成

    （1）介质：能够传播机械振动的物质叫介质，它可以是固、液、气三态中任意一种．可以把介质看成由许多质点构成，质点与相邻质点互相联系．

    （2）平衡位置：在没有外来振动之前，各个质点排列在同一直线上，各个质点所在位置称为各自的平衡位置．

    （3）波源：由于外来的扰动，在水、绳及空气的某一质点会引起振动，首先振动的这个质点即为波源．

    （4）由于介质之间存在着相互作用力，作为波源的质点就带动周围质点振动，波源周围质点跟着波源做受迫振动获得能量后，再带动邻近质点振动，于是振动就在介质中由近及远地传播．

    （5）尽管各个质点都在重复波源的振动，但是各个质点振动的步调是不一致的，沿着波的传播方向离波源远的质点开始振动的时间要落后于离波源近的质点．这就是说，在同一时刻，介质中各个质点离开平衡位置的位移是不相同的，这样就形成了凸凹相间（或疏密相间）的波形．

    2．均匀介质中的横波形成过程

波源（被手握住的绳端）上、下做简谐振动，如图．

水平均质绳上的振动传播过程，如图．

           

 

要点二、机械波形成的条件及分类

    1．机械波形成的条件

    （1）有持续振动的波源．（也叫振源）

    （2）传播振动的介质．

波源做简谐运动时，在均匀介质中传播形成简谐波．

2．波的分类

（1）横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷．

       

（2）纵波：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．质点分布密的部分叫密部，分布疏的部分叫疏部．

       

要点诠释：气体、液体、固体都能传播纵波，但气体不能传播横波因为气体不能发生剪切形变，无法传播横波．

3．横波和纵波的区别

	横波	纵波
概念	在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直，这种波叫横波	在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在同一直线上，这种波叫纵波
介质	只能在固体中传播	在固体、液体和气体中均能传播．声波是纵波
特征	在波动中交替、间隔出现波峰和波谷	在波动中交替、间隔出现密部和疏部

 

要点三、振动与波

    1．振动与波动的关系

类别	振动	波动
运动现象	振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象	波动是质点群联合起来表现出的周而复始的运动现象
运动成因	质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用	介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远的传播开，各质点间存在相互作用的弹力
联系	（1）振动是波动的起因，波动是振动的传播  （2）有波动一定有振动，有振动不一定有波动（3）波动的周期等于质点振动的周期

    2．振动与波动的区别

（1）从运动对象看：

①振动是一个质点或物体以平衡位置为中心的往复运动．

②波动是在波源的带动下，介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动．

（2）从运动原因看：

①振动是由于质点受回复力作用的结果．

②波动是由于介质中相邻质点的带动的结果．

（3）从能量变化看：

①振动系统的动能和势能相互转化，对简谐运动来说，转化过程中总机械能保持不变．

②波传播过程中，介质里每一振动质点的动能和势能同时达到最大，同时达到最小，质点的机械能在最大与最小值之间变化，而每个质点在不断地吸收和放出能量，因而波的传播过程也是能量的传播过程．

    3．“带动看齐”法分析质点的振动方向

    在波的传播中，靠近波源的质点带动后面的质点运动，离波源远的质点追随离波源近的质点．用“带动看齐”的思路可分析各个质点的振动方向．