5.3 机械波 课件 -2023-2024学年高二上学期（中职）物理湖南科技版电工电子类

05 机械振动和机械波 导入 从熟悉而又陌生的波说起 波就在我们身边。池塘里碧波荡漾、大海中波涛汹涌，这是水波；公园里鸟儿啼叫、音乐厅中琴声缭绕，这是声波；地震时房屋倒塌、桥梁断裂，这源于破坏力极大的地震波。水波、声波和地震波都是由于机械振动而形成的机械波。此外，用手机拨打电话，用微波炉加热食物等，这些都利用了电磁波；光波也属于电磁波。近年来，人们还探测到了来自双黑洞合并的引力波。这些波我们既熟悉又陌生，它们虽各有特点，但却有许多共同之处。 本章，我们学习机械振动和机械波。什么是机械振动？机械波是怎样形成的？让我们去揭开机械振动和机械波的奥秘吧！ 第三节 机械波 02 湖面上小船晃动，在水面上形成了一圈圈的水波，逐渐向远处扩散开（图 5-13）。 拨动琴弦，空气中形成了声波。波是怎样形成和传播的？本节我们学习机械波的形成、分类及描述。 第三节 机械波 02 我们以绳子的波动为例来说明波的形成与传播。 一、机械波的形成 做中学 观察绳波 如图 5-14 所示，把软绳的一端系在墙上，用手抓住绳子的另一端上下振动，可发现绳上的各部分都会受到影响并随之振动起来，整体上看形成凹凸相间的波形向系于墙的一端传播。 第三节 机械波 02 当绳的一端振动时，由于绳上各部分间存在相互作用， 振动不会仅停留在绳的一端，而是沿绳向另一端传播，于是在绳上形成了波。 同样，湖面上小船晃动，使与之接触的水面振动，振动也会沿水面传播，就形成了水波。地壳某处的剧烈运动在地壳中传播形成地震波。 这里，振动的绳端、与船接触的水面、地震的震源等称为波源。绳、水、地壳等都是传播波的物质，称为介质。物理学中，将机械振动在介质中传播形成的波称为机械波，简称波。波源和介质是形成机械波的条件。 一、机械波的形成 第三节 机械波 02 在前面的实验探究中，若在绳上系一条红带，红带只上下振动，并不随波前进。水波传播时，若在水面上放一些小纸片，你会发现这些纸片上下振动，不会随波而远离波源。由此可见，机械波向外传递的是机械振动这种运动形式，介质中每个质点仅在其平衡位置附近振动，并不随波向前移动。这有些像舞台表演的波动，每个舞者也只需做周期性的下蹲或起立的动作即可（图 5-15）。 一、机械波的形成 第三节 机械波 02 介质中本来静止的质点，随着波的传播而发生振动，表明这些振动质点获得了能量，这个能量是从波源通过前面的质点依次传来的。所以，波在传递振动的同时，也将波源的能量传递 出去。因此，波也是传递能量的一种方式（图 5-16）。 一、机械波的形成 第三节 机械波 02 振动在绳上是怎样传播的 设想把绳分成许多小的部分，每一小部分可视为质点，相连的质点间存在相互作用。如图 5-17 所示，质点 1 在外力作用下振动后，会带动质点 2 振动，只是质点 2 的振动要比质点 1 滞后一些。这样，前一个质点的振动总是带动后一个质点振动，依次带动下去，振动也就由此向远处传播。从整条绳看就形成了凹凸相间的波形，波形随时间沿传播方向传播出去，从而形成了波。绳上各质点都仅在平衡位置附近上下振动，并不随波向右移动。 一、机械波的形成 拓展一步 第三节 机械波 02 根据质点的振动方向和波的传播方向之间的关系，可把机械波分为横波和纵波两类。 当波在绳上沿水平方向传播时，绳上各质点做上下振动， 二者的方向相互垂直。物理学中，把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。横波凸起的最高处称为波峰，凹下的最低处称为波谷（图 5-18）。 我们再通过弹簧中的波动来观察另一类波。 二、横波与纵波 第三节 机械波 02 观察弹簧波 如图 5-19 所示，将一个长而软的弹簧用线悬挂起来并保持水平，将弹簧一端固定， 让弹簧的另一端沿着其轴线方向来回振动。 由实验可见，弹簧会形成密部（密集部分）和疏部（稀疏部分），且密部和疏部相间地从一端传到另一端，形成疏密相间的波。 二、横波与纵波 做中学 第三节 机械波 02 弹簧一端来回振动产生的波，其每个质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上。物理学中，把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波称为纵波。 声波就是纵波，在空气中发声物体的振动会使它周围的空气发生疏密变化，这种疏密相间的状态向外传播便形成了声波。 有的波既包含横波，又包含纵波，如地震波。在震中附近，横波引起地面水平晃动，纵波引起地面上下颠簸。因为纵波在地球内部的传播速度大于横波，所以地震时，人们一般先感觉到上下颠簸，然后才感觉到有很强的水平晃动。其实水波也是既包含横波又包含纵波的波。 二、横波与纵波 第三节 机械波 02 三、波长、频率和波速 在研究波动时，我们用波