第一節(jié) 機(jī)械波 波的描述

1、第十二章第十二章波動(dòng)波動(dòng)第一節(jié)第一節(jié)機(jī)械波機(jī)械波波的描述波的描述[知識(shí)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)]（一）機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播過(guò)程叫做機(jī)械波?？梢?jiàn)產(chǎn)生機(jī)械波的兩個(gè)條件是機(jī)械振動(dòng)和傳播機(jī)械振動(dòng)的媒質(zhì)。（二）橫波和縱波媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，這種波叫橫波；媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在一條直線上，這種波叫縱波。（三）波的描述周期T：媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間。頻率f：媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)每秒鐘完成的全振動(dòng)次數(shù)。波長(zhǎng)λ：兩個(gè)

2、相鄰的在振動(dòng)過(guò)程中相對(duì)平衡位置的們移總是相等的質(zhì)點(diǎn)之間的距離，叫做波長(zhǎng)。波在一個(gè)周期的時(shí)間里傳播過(guò)的距離，必等于一個(gè)波長(zhǎng)。波速v：波在單位時(shí)間里傳播的距離。波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系：v=λf=λT（四）波的圖象用橫坐標(biāo)x表示媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱坐標(biāo)y表示各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的位移，將某時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)所在位置連結(jié)起來(lái)，就是該時(shí)刻的波的圖象（yx圖象）。簡(jiǎn)諧振動(dòng)產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧波圖像（簡(jiǎn)稱波的圖像）是一條正弦或余弦曲線，如圖121所示。[疑難分析疑

3、難分析]1.對(duì)機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播應(yīng)掌握哪幾點(diǎn)？應(yīng)掌握：（1）波傳播的僅是波源的振動(dòng)形式和能量，而媒質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)都各自在平衡位置附近振動(dòng)，本身并不隨波遷移。（2）媒質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)刻總是落后于帶動(dòng)它振動(dòng)的前質(zhì)點(diǎn)。（3）媒質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始振動(dòng)的方向、振幅和頻率都跟作為波源的質(zhì)點(diǎn)相同。（4）波的頻率就是波源的頻率。2關(guān)于機(jī)械波的傳播速度。機(jī)械波的傳播速度決定于彈性媒質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)。媒質(zhì)的彈性系數(shù)越大，因形變而引起的彈力越大，波的傳播速度就越大；媒質(zhì)

4、的密度越大，慣性也越大，波的傳播速度就越小。因此波速由媒質(zhì)的這兩種性質(zhì)共同決定，而與波的種類、頻率、波長(zhǎng)等無(wú)關(guān)。公式v=λf僅是關(guān)于波速的計(jì)算式，不是決定式。一列波在不同的媒質(zhì)中傳播，頻率將保持不變，改變的是波速和波長(zhǎng)。3.正確應(yīng)用波的圖像。在理解波的圖像物理意義的基礎(chǔ)上，要知道：（1）不同時(shí)刻波的圖像是不同的，但有周期性變化的規(guī)律。每經(jīng)一個(gè)周期，波形就恢復(fù)原狀，同時(shí)波向前推進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離。如圖122所示分別為t時(shí)刻，t時(shí)刻和t時(shí)刻的

5、波4T2T形圖。（2）能識(shí)別圖象直接反映出的物理量，如波長(zhǎng)、振幅、應(yīng)再過(guò)=0.2s，時(shí)間t第一次到達(dá)波谷，即Δt=0.90.2=1.1(s)也可通過(guò)將B點(diǎn)的狀態(tài)2T傳到Q點(diǎn)求出時(shí)間也為1.1s≠t3.3.如圖127中所示實(shí)線為t=0時(shí)的一列簡(jiǎn)諧波圖像，虛線為經(jīng)過(guò)Δt=0.01s時(shí)刻的波形。（1）若波向左傳播，周期為T(mén)，且0ΔtT，求波速。（2）若波速為1500（ms），波向哪個(gè)方向傳播。解：（1）由題意，0ΔtT，且波向左傳播，由圖可知

6、波在Δt=0.01s時(shí)間內(nèi)只能向左傳過(guò)Δt==5m14?的距離。所以v=5500()0.01xmst????（2）當(dāng)v=1500ms時(shí)，在Δt=0.01s內(nèi)，波只能傳過(guò)ΔS=vΔt=15000.01=15(m)的距離，由圖λ=20m，所以ΔS=，波只能向右傳播。34?[知識(shí)拓寬知識(shí)拓寬]1.關(guān)于地震波。地震是地殼內(nèi)積蘊(yùn)的巨大能量，通過(guò)振動(dòng)，以波的形式傳向四面八方，這種波叫地震波。就震源而言，它主要發(fā)出縱波和橫波兩種最基本的波。當(dāng)它們傳到

7、地面時(shí)，便激發(fā)出兩種沿地面?zhèn)鞑サ姆Q作面波的波，分別能使地面質(zhì)點(diǎn)作橢圓形運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)。因此地震波是比較復(fù)雜的，對(duì)地面物體的破壞性相當(dāng)強(qiáng)，對(duì)地震波的研究，有助于人類防止地震的危害，減少損失。2.波動(dòng)時(shí)，為什么波動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能最大時(shí)，勢(shì)能也最大？若做這樣一道題：如圖128所示的波的圖像中，該時(shí)刻哪些質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能最大？哪些質(zhì)點(diǎn)熱能最大？如果輕易地根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)規(guī)律得出：在振幅位置的A，C點(diǎn)動(dòng)能為零，勢(shì)能最大；在平衡位置的B，D點(diǎn)動(dòng)能最大，

8、勢(shì)能為零的結(jié)論，是錯(cuò)誤的。正確的結(jié)論應(yīng)該是A，C點(diǎn)的動(dòng)能為零、勢(shì)能也為零，B，D點(diǎn)的動(dòng)能最大、勢(shì)能也最大。原因就是需將波動(dòng)和孤立質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)兩種情況區(qū)別開(kāi)來(lái)，波動(dòng)是彈性媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)一個(gè)牽連一個(gè)的振動(dòng)，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的勢(shì)能不決定于與平衡位置的相對(duì)位移的大小，而是決定于它與鄰近質(zhì)占煌相對(duì)形變的大小。當(dāng)一質(zhì)點(diǎn)在振幅位置時(shí)，雖然位移最大，但與其鄰近的質(zhì)點(diǎn)也均在同方向上幾乎發(fā)生了同樣大小的位移，相對(duì)形變?yōu)榱悖瑒?shì)能也為零；反之，當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置時(shí)，在