高考物理《机械波》知识点整理

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高考物理《机械波》知识点整理

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高考物理《机械波》知识点整理

　　高考物理《机械波》知识点整理 1

　　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-物理(选修3-4)》(2005年)。单位v/m·s^-1

　　传播方式与特点

　　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。

　　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抖动，就形成了绳波。

　　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。

　　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。机械波与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;机械波与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 2

　　描述机械波的物理量——波长、波速和频率(周期)的关系

　　⑴波长λ：两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。振动在一个周期内在介质中传播的距离等于波长。

　　⑵频率f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率保持不变。

　　⑶波速v：单位时间内振动向外传播的距离。波速的大小由介质决定。

　　波的干涉和衍射

　　衍射：波绕过障碍物或小孔继续传播的现象。产生显著衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多。

　　干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱区域相互间隔的现象。产生稳定干涉现象的条件是：两列波的频率相同，相差恒定。

　　稳定的干涉现象中，振动加强区和减弱区的空间位置是不变的，加强区的振幅等于两列波振幅之和，减弱区振幅等于两列波振幅之差。

　　判断加强与减弱区域的方法一般有两种：一是画峰谷波形图，峰峰或谷谷相遇增强，峰谷相遇减弱。二是相干波源振动相同时，某点到二波源程波差是波长整数倍时振动增强，是半波长奇数倍时振动减弱。干涉和衍射是波所特有的现象。

　　高中物理选修3-4重要知识点

　　相对论的时空观

　　经典物理学的时空观(牛顿物理学的绝对时空观)：时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有任何联系。

　　相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观)：空间和时间都与物质的运动状态有关。

　　相对论的时空观更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论的特例，在宏观低速运动时仍将发挥作用。

　　时间和空间的相对性(时长尺短)

　　1.同时的相对性：指两个事件，在一个惯性系中观察是同时的，但在另外一个惯性系中观察却不再是同时的。

　　2.长度的相对性：指相对于观察者运动的物体，在其运动方向的长度，总是小于物体静止时的长度。而在垂直于运动方向上，其长度保持不变。

　　高考物理《机械波》知识点整理 3

　　1.简谐运动

　　(1)定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动，叫做简谐运动。

　　(2)简谐运动的特征：回复力F=-kx，加速度a=-kx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置。

　　简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零;在最大位移处，速度为零，加速度最大。

　　(3)描述简谐运动的物理量

　　①位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量，其最大值等于振幅。

　　②振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量，表示振动的强弱。

　　③周期T和频率f：表示振动快慢的物理量，二者互为倒数关系，即T=1/f。

　　(4)简谐运动的图像

　　①意义：表示振动物体位移随时间变化的规律，注意振动图像不是质点的运动轨迹。

　　②特点：简谐运动的图像是正弦(或余弦)曲线。

　　③应用：可直观地读取振幅A、周期T以及各时刻的位移x，判定回复力、加速度方向，判定某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况。

　　2.弹簧振子：周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量，与其放置的环境和放置的方式无任何关系。如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T，不管把它放在地球上、月球上还是卫星中;是水平放置、倾斜放置还是竖直放置;振幅是大还是小，它的周期就都是T。

　　3.单摆：摆线的质量不计且不可伸长，摆球的直径比摆线的长度小得多，摆球可视为质点。单摆是一种理想化模型。

　　(1)单摆的振动可看作简谐运动的条件是：最大摆角α<5°。

　　(2)单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力。

　　①在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关。

　　②单摆的振动周期跟摆球的质量无关，只与摆长L和当地的重力加速度g有关。

　　③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离，在某些变形单摆中，摆长L应理解为等效摆长，重力加速度应理解为等效重力加速度(一般情况下，等效重力加速度g‘等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值)。

　　4.受迫振动

　　(1)受迫振动：振动系统在周期性驱动力作用下的振动叫受迫振动。

　　(2)受迫振动的特点：受迫振动稳定时，系统振动的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。

　　(3)共振：当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，振动物体的振幅最大，这种现象叫做共振。

　　共振的条件：驱动力的频率等于振动系统的固有频率。

　　5.机械波：机械振动在介质中的传播形成机械波。

　　(1)机械波产生的条件：①波源;②介质

　　(2)机械波的分类①横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波。横波有凸部(波峰)和凹部(波谷)。

　　②纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波。纵波有密部和疏部。

　　[注意]气体、液体、固体都能传播纵波，但气体、液体不能传播横波。

　　(3)机械波的特点

　　①机械波传播的是振动形式和能量。质点只在各自的平衡位置附近振动，并不随波迁移。

　　②介质中各质点的振动周期和频率都与波源的振动周期和频率相同。③离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动。

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