大学物理机械波知识点总结.pdf

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1、大学物理机械波知识点总结【篇一：大学物理机械波知识点总结】高考物理机械波知识点整理归纳机械振动在介质中的传播称为机械波(mechanical wave)。机械波和电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生 ;机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波(例如光波 )可以在真空中传播 ;机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波;机械波和电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。机械振动产生机械波，机械波的传递一定要有介质,有机械振动但不一定有机械波产

2、生。形成条件波源波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。介质广义的介质可以是包含一种物质的另一种物质。在机械波中，介质特指机械波借以传播的物质。仅有波源而没有介质时，机械波不会产生，例如，真空中的闹钟无法发出声音。机械波在介质中的传播速率是由介质本身的固有性质决定的。在不同介质中，波速是不同的。下表给出了 0时，声波在不同介质的传播速度，数据取自普通高中课程标准实验教科书

3、-物理 (选修 3-4)(2005 年)1 。单位 v/m s-1传播方式和特点质点的运动机械波在传播过程中，每一个质点都只做上下(左右)的简谐振动，即，质点本身并不随着机械波的传播而前进，也就是说，机械波的一质点运动是沿一水平直线进行的。例如：人的声带不会随着声波的传播而离开口腔。简谐振动做等幅震动,理想状态下可看作做能量守恒的运动 .阻尼振动为能量逐渐损失的运动.为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现已绳波(右下图 )为例进行介绍，其他形式的机械波同理1 。绳波是一种简单的横波，在日常生活中，我们拿起一根绳子的一端进行一次抖动，就可以看见一个波形在绳子上传播，如果连续不断地进行周期性上下

4、抖动，就形成了绳波1 。把绳分成许多小部分，每一小部分都看成一个质点，相邻两个质点间，有弹力的相互作用。第一个质点在外力作用下振动后，就会带动第二个质点振动，只是质点二的振动比前者落后。这样，前一个质点的振动带动后一个质点的振动，依次带动下去，振动也就发生区域向远处的传播，从而形成了绳波。如果在绳子上任取一点系上红布条，我们还可以发现，红布条只是在上下振动，并没有随波前进1 。由此，我们可以发现，介质中的每个质点，在波传播时，都只做简谐振动 (可以是上下，也可以是左右)，机械波可以看成是一种运动形式的传播，质点本身不会沿着波的传播方向移动。对质点运动方向的判定有很多方法，比如对比前一个质点的运

5、动;还可以用 上坡下，下坡上进行判定，即沿着波的传播方向，向上远离平衡位置的质点向下运动，向下远离平衡位置的质点向上运动。机械波传播的本质在机械波传播的过程中，介质里本来相对静止的质点，随着机械波的传播而发生振动，这表明这些质点获得了能量，这个能量是从波源通过前面的质点依次传来的。所以，机械波传播的实质是能量的传播，这种能量可以很小，也可以很大，海洋的潮汐能甚至可以用来发电，这是维持机械波(水波)传播的能量转化成了电能。机械波机械振动在介质中的传播称为机械波。机械波和电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生;机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也

6、不同，在真空中根本不能传播，而电磁波，例如光波，可以在真空中传播;机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波;机械波和电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。高考物理机械波知识点整理归纳相关文章：【篇二：大学物理机械波知识点总结】2015-2-213 13.1 机械波的形成和图像几个概念 13.2 平面简谐波的波函数 13.3 波的能量 13.4 惠更斯原理波的衍射、反射和折射 13.5 波的干涉 13.6 声波 超声波 次声波 *13.7 多普勒效应 内容提要2015-2-2 振动 : 于平衡位臵，无随波逐流. 波动:

7、机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程. 电磁波：交变电磁场在空间的传播过程. 物质波：微观粒子的运动, 其本身具有的波粒二象性. 波动的种类 : 振动的传播过程 . 2015-2-2 波动的共同特征：具有一定的传播速度，且都伴有能量的传播。能产生反射、折射、干涉和衍射等现象 . 水波 水波 声波 声波 2015-2-213.1.1 波的基本概念条件 波源：作机械振动的物体 . 1.机械波 :机械振动以一定速度在弹性介质中由近及远地传播出去，就形成机械波. 弹性介质：承担传播振动的物质. 机械振动只能在弹性介质中传播. 说明 横波和纵波横波：纵波： 质元的振动方向和波的传播方向垂直. 质元的振

8、动方向和波的传播方向平行. 2015-2-2 振动曲线 各个质点的相位依次落后,波动是相位的传播；波动曲线和振动曲线不同.2015-2-2 波的几何描述在波传播过程中，任一时刻媒质中振动相位相同的点构成的曲面. 沿波的传播方向作的有方向的线 . 波面 : 波前:波传播过程中 , 某一时刻最前面的波面. 在各向同性均匀媒质中，波线波面. 注意 2015-2-2 13.1.2 波速 波长 周期（频率） 同一波线上相邻两个相位差为的质点之间的距离；即波源作一次完全振动，波前进的距离. 波前进一个波长距离所需的时间. 周期表征了波的时间周期性. 单位时间内，波前进距离中完整波的数目. 频率和周期的关系

9、为: 振动状态在媒质中的传播速度.波速和波长、周期和频率的关系为: 波速（ u 波长反映了波的空间周期性. 2015-2-2 波的周期和频率和媒质的性质无关;一般情况下 , 和波源振动的周期和频率相同 . 波速实质上是相位传播的速度,故称为相速度 ; 大小主要决定于媒质的性质 ,和波的频率无关 . 说明 固体棒的密度例如： 2015-2-2 气体摩尔常数2015-2-2 波面为平面的简谐波. 平面简谐波 : 简谐波: 介质传播的是谐振动，且波所到之处，介质中各质点作同频率的谐运动 . 13.2.1 平面简谐波的描述波函数一、波函数 :设波源的振动表达式为 (x0)： cos 简谐振动 平面简谐

10、波的波函数 2015-2-2 从时间看 , cosp 点的振动表达式： cos 平面简谐波的波函数cos2015-2-2 波函数的其它形式 cos 如果波沿 x 轴的负方向传播，则 p 点的相位要比 o 点的相位超前 . cos 则波函数为 : 2015-2-2 讨论波函数的物理意义表示各质元的位移分布函数.对应函数曲线 波形图 . cos2015-2-2 从某一时刻的波形图，经一段时间后的波形图：将波形沿波速方向平移. 2015-2-2 如图， 在下列情况下试求波函数(设波速为 u)： 已知 a 点的振动方程为：为原点：波函数为: 2015-2-2 一平面简谐波沿x 轴正方向传播，已知其波函

11、数为: cos04 cos04 2010 标准形式 :波函数为 : 比较可得 : 5004 max28 5004 已知t=0 时的波形曲线为，波沿x 方向传播，经t=1/2s后波形变为曲线。已知波的周期t1s ，试根 据图中绘出的条件求出波动表达式，并求a 点的振动 表达式。 (已知 a=0.01m) 解：由图可知 : y(cm)x(cm) cos(01 cos01 波动表达式： a 点振动表达式： cos01 cos01 2015-2-2*13.2.2 波动方程 不仅适用于机械波，也广泛地适用于电磁波、热传导、化学中的扩散等过程；若物理量是在三维空间中以波的形式传播，波动方程为右式. 说明

12、2015-2-2 13.3.1 波动能量的传播 波动 过程 质元由静止开始振动质元也发生形变波动过程是能量的传播过程以平面简谐纵波在直棒中的传播为例：介质元 dv 的总能量： 平衡位置处 :max 波的能量密度单位体积介质中的波动能量. -3 结论 机械波的能量和振幅的平方、频率的平方以及介质的密度成正比 . 一个周期内的平均值. 2015-2-2 13.3.2 能流和能流密度单位时间内垂直通过介质中某一面积的波的能量能流 (p)：平均能流：us 能流密度 (波的强度 )：单位时间内流过垂直于波传播方向的单位面积 的波的平均能量一个周期内的平均值.单位: -22015-2-2 13.3.3 波

13、能量的吸收吸收媒质 ,实验表明： 2015-2-213.4 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 13.4.1 惠更斯原理介质中波动传播到的各点，都可以看成是发射子波的波源，而在其后的任一时刻，这些子波的包 络面就是新的波前子波波源 波前 子波 2015-2-2 媒质中波动各点皆可当作球面子波的媒质中波动各点皆可当作球面子波的新波源； 媒质中波动各点皆可当作球面子波的媒质中波动各点皆可当作球面子波的新波源；任意时刻各子波源所发出子波的任意时刻各子波源所发出子波的包迹即为即为新波阵面新波阵面。任意时刻各子波源所发出子波的任意时刻各子波源所发出子波的包迹即为 即为新波阵面新波阵面。2015-2-2 1

14、3.4.2 波的衍射 波的衍射现象：波在传播的过程中遇到障碍物或小孔后，能够绕过障碍物的边缘继续传播的现象. 2015-2-2 6.4.3 波的反射和折射 sinsin 由图可得到，折射率:2015-2-2 13.5.1 波的叠加原理波传播的独立性原理几列波在空间某点相遇后，每一列波都能独立地保持自己原有的特性(频率，波长，振幅，振动方向)传播，就像在各自的路程中，并没有遇到其他波一样 . 波的叠加原理在波相遇区域内，任一质点的振动，为各波单独存在时所引起的振动的合振动 . 2015-2-2 13.5.2 波的干涉条件和公式干涉现象：两列波在空间相遇 (叠加) 时，介质中有些点的振动始终加强，

15、有些点的振动始终 减弱或完全消失的现象. 相干条件 :频率相同、振动方向相同、相位差恒定 . 相干波源 :满足相干条件的波. 产生相干波的波源. 2015-2-2 根据叠加原理可知，p 点处振动方程为 : 空间点振动的情况分析 :2015-2-2 讨论 minmin maxmax 干涉相长干涉相消从能量上看，当两相干波发生干涉时，在两波交叠的区域，合成波在空间各处的强度并不等于两个分波强度之和，而是发生重新分布。这种新的强度分布是时间上稳定的、空间上强弱相间具有周期性的一种分布。后者便叫超声波。蝴蝶每秒振翅蜜蜂每秒振翅300 400 次。 2015-2-2 人们能够听见的声波不仅受到频率范围的

16、限制，人们能够听见的声波不仅受到频率范围的限制，而且要求处于一定的声强范围之内，声强太小，不能而且要求处于一定的声强范围之内，声强太小，不能引起听觉；声强太大，只能使耳朵产生痛觉，也不能引起听觉；声强太大，只能使耳朵产生痛觉，也不能引起听觉。能够引起人们听觉的声强的变化范围是很引起听觉。能够引起人们听觉的声强的变化范围是很大的，约为 大的，约为，数量级相差很大达，数量级相差很大达因此，为了比较介质中各点声波的强弱，不是使用声因此，为了比较介质中各点声波的强弱，不是使用声强，而是使用两声强之比的以强，而是使用两声强之比的以10 10 为底的对数值，叫做为底的对数值，叫做声强级，声强级，1210

17、22、声强：即声波的能流密度。可表示为、声强：即声波的能流密度。可表示为 2015-2-2 式中 ii00 为基准声强，取为为基准声强，取为10 10 -12 12 wm wm -22 lg10 33 、声强级：指相对声强的对数。可表示为、声强级：指相对声强的对数。可表示为 2015-2-2 dbhz 频率 语音范围 疼痛界限 音乐范围 听觉界限 可闻阈痛觉阈痛觉阈：恰好能引起痛觉的最低声强。：恰好能引起痛觉的最低声强。听觉阈 听觉阈：恰好能引起听觉的最低声强。：恰好能引起听觉的最低声强。声强的上下限声强的上下限值随频率而异。值随频率而异。2015-2-2 噪声有两种意义：噪声有两种意义： 1

18、1、物理上指不规则的、间歇的或随机的声振动。、物理上指不规则的、间歇的或随机的声振动。22、指任何难听的、不和谐的声或干扰。、指任何难听的、不和谐的声或干扰。噪声是由不同频率、不同振幅的声音无规则地组噪声是由不同频率、不同振幅的声音无规则地组合在一起而出现的。广义上说，任何不需要的声音都合在一起而出现的。广义上说，任何不需要的声音都属噪声；狭义上说，噪声是指大于属噪声；狭义上说，噪声是指大于 90 90 db db 以上，对 以上，对 人的工作、健康有影响的声音。人的工作、健康有影响的声音。强烈的噪声（强烈的噪声（ 160 160 db db以上）不仅可损坏建筑物，而 以上）不仅可损坏建筑物，

19、而且还会使发声体本身因疲劳而受到破坏。且还会使发声体本身因疲劳而受到破坏。噪声污染问题引起人们广泛关注。大于噪声污染问题引起人们广泛关注。大于 90db 90db 声响，将导致噪声污染。声响，将导致噪声污染。2015-2-2 11 、超声波的特点超声波的特点 22、次声波的特点 、次声波的特点 传播距离远。能量损失少。传播距离远。能量损失少。二、超声波、次声波特点定向性好；定向性好； 具有比声波大的多的能量； 具有比声波大的多的能量；具有强穿透能力。具有强穿透能力。2015-2-2 三、超声波和次声波的使用 1)超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多水声超声波在水中传播的距离要比光波和

20、无线电波远得多水声测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装臵，这种装臵既测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装臵，这种装臵既能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反 能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确定潜艇、鱼群的位臵或海水深度定潜艇、鱼群的位臵或海水深度 11、超声波的使用 超声波的使用 2015-2-2 超声波探伤，由于超声波的穿透能力很强，可以制成超声波探伤，由于超声波的穿透能力很强，可以制成 超声波探伤仪，用来探查金属内部的缺陷超声波探伤仪，用来探查金属内部的

21、缺陷 44）利用超声波作用于人体时利用超声波作用于人体时机体细胞受到振荡和刺激机体细胞受到振荡和刺激， 可起按摩作用可起按摩作用，治疗神经痛等疾患治疗神经痛等疾患 33）利用超声波可进行）利用超声波可进行“bb 超超”，就是利用超声波的发射，来探，就是利用超声波的发射，来探 查人体内部的各种器官、组织等有无异常，还可以确定肿查人体内部的各种器官、组织等有无异常，还可以确定肿瘤的有无、位臵和大小等等瘤的有无、位臵和大小等等 55）用超声波消毒灭菌也是有效的用超声波消毒灭菌也是有效的例如用超声波来给牛奶 例如用超声波来给牛奶消毒 消毒，效果良好效果良好，而且能避免煮沸法对营养成分的破坏而且能避免煮

22、沸法对营养成分的破坏 2015-2-2 66 ）利用超声波可以把普通水）利用超声波可以把普通水 “打碎 打碎 ”成直径仅为几微米的小成直径仅为几微米的小 水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，增大房间中空气的水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，增大房间中空气的湿度，这就是湿度，这就是 “超声加湿器超声加湿器 ”的基本原理 的基本原理 2015-2-2 77 ）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成“药雾 病人吸入后，可以治疗肺部和气管类疾病病人吸入后，可以治疗肺部和气管类疾病 （下图为超（下图为超声波雾化器）声波雾化器） 2015-2-2 11）次声波

23、产生和地球、海洋及大气的大规模运动有关。）次声波产生和地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生。人们就可如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生。人们就可以利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发以利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度生。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫 远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳 水母耳”的的 仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警 仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到

24、来之前发出警报还可以通过研究自燃现象产生次声波的机制和特性，深报还可以通过研究自燃现象产生次声波的机制和特性，深入认识自燃规律。入认识自燃规律。22）军事使用：军事侦察：次声波在介质中传播时，能）军事使用：军事侦察：次声波在介质中传播时，能量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，因而可以用来侦察军事情报；次声波有杀伤性：利用和人体因而可以用来侦察军事情报；次声波有杀伤性：利用和人体器官固有频率相近的次声波和人体器官产生共振，导致人体器器官固有频率相近的次声波和人体器官产生共振，导致人体器 官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的。