高中物理-机械波

高中物理选修3-4第二章机械波

机械波

• 形成和传播
  • 机械波
    • 机械波的传播也是机械能的传播。波是传递能量的一种方式
    • 机械振动在介质中的传播称为机械波
  • 介质
    • 绳、水、空气等能够传播振动的物质，叫做介质
  • 横波和纵波
    • 横波
      • 介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直，这种波称为横波
    • 纵波
      • 介质中质点的振动方向和波的传播方向平行，这种波称为纵波
• 波长、波速和频率的关系
  • 波长
    • 沿波的传播方向，任意两个相邻的同相振动的质点之间的距离，叫做波的波长
  • 振幅
    • 在波动中，各质点离开平衡位置的最大距离，即其振动的振幅，也称为波的振幅
    • 振动的振幅越大，振动的能量就越大。波的振幅大小是波所传播能量的直接量度
  • 频率
    • 波在传播过程中，介质中质点振动的频率都相同，这个频率被称为波的频率
    • 波的频率也等于在单位时间内通过某点的“完整的波”的个数。
  • 波速
  • 关系
    • 机械波在介质中的传播速度由介质的性质决定
    • 在同一均匀介质中，波的传播速度不变，波长与频率成反比
    • 在不同的介质中波的传播速度不同
    • 当波从一种介质进入到另一种介质时，波的频率保持不变，波长发生改变
• 波的图像
  • 横波的图像
  • 波的图像与振动图像的比较
• 惠更斯原理
  • 波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前，这就是惠更斯原理
• 波的反射
  • 波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射
  • 波的反射定律，当波传播到两种介质的交界线交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角。反射波的波长、频率和波速都与入射波相同
• 波的折射
  • 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射
  • 原因：在不同介质中波的速度不同
  • 对于给定的两种介质波，波在第一种介质中的传播速度与波在第二种介质中的传播速度之比为常数
  • 在折射中，波的频率保持不变，波长和波速都会发生变化。若波速增大，则波长变大，若波速减小，则波长减小
• 波的干涉、折射
  • 波的叠加原理
    • 在几列波传播的重叠区域内，质点同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的矢量和，这就是波的叠加原理。
    • 波峰与波峰、波谷与波谷相遇处，振动加强
    • 波峰与波谷相遇处，振动减弱
  • 干涉现象
    • 频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动始终加强，一些区域的质点振动始终减弱，并且这两种区域相互间隔、位置保持不变，这种稳定的叠加形象叫做波的干涉
    • 波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加，产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同
  • 衍射现象
    • 波能够绕到障碍物的后面传播的现象叫做波的衍射
    • 当缝的宽度或障碍物的尺寸、大小与波长相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍射现象。
• 多普勒效应
  • 当观测者和波源之间有相对运动时，观测者测得的频率与波源频率不同，这一现象被命名为多普勒效应
  • 应用
    • 测量心脏血流速度
    • 测定人造卫星位置的变化
    • 测定流体的流速
    • 检查车速
    • 判断遥远的天体相对于地球的运动速度