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章节复习
第三章 机械波
知识框架
机械波
一、定义
机械振动在介质中的传播形成机械波.
二、产生的条件
1.波源
2.介质：绳、弹簧、水、空气等是波借以传播的物质。
三、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.
波长、波速和频率
1、波长:两个相邻的且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.振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长.
2、波速:波的传播速率.机械波的传播速率由介质决定，与波源无关.
3、频率:波的频率始终等于波源的振动频率，与介质无关.
4、三者关系: ν=λf
5、周期（频率）由波源决定；波速由传播介质决定；波长由波源和传播介质共同介质
小试牛刀
潜艇上的声呐发出一列波由海水传入空气，其( )
A. 周期变大 B. 频率变小
C. 波速变大 D. 波长变小
D
小试牛刀
将较长的绳一端固定在墙上，另一端用手捏住以恒定振幅上下持续振动，产生的绳波沿绳自左向右传播，图示时刻，波形刚好传播到A点。下列判断正确的是( )
A. 手的起振方向向下
B. 若减小手的振动频率，
绳波的传播速度不发生变化
C. 若增大手的振动频率，
绳波的波长将增大
D. 若停止手的振动，绳中波形立即消失
B
小试牛刀
如图甲，2023年春晚创意节目《满庭芳 国色》中的水袖舞文化在我国源远流长。其简化模型如下： 材质不同的重水袖A和轻水袖B连接在一起， 放在光滑水平玻璃上。某时刻在重水袖A左端抖动产生如图乙所示波形，下列说法正确的是( )
A. 振幅越大， 则波速越小
B. 重水袖上某点一个周期内通过的路程等于波长
C. 波在A、B中传播的速度一定相等
D. 波在A、B中传播的频率相等
D
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.介质中每个质点都做受迫振动，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.波传到任意一点，该点的起振方向都和波源的起振方向相同．
4.波源经过一个周期T完成一次全振动，波恰好向前传播一个波长的距离.
5.质点振动nT(n=1、2、3……)时，波形不变．
6.在波的传播方向上，当两质点平衡位置间的距离为半波长偶数倍时，它们的振动步调总相同；当两质点平衡位置间的距离为半波长奇数倍时，它们的振动步调总相反
小试牛刀
波在传播过程中，下列说法正确的是( )
A. 介质中的质点随波的传播而迁移
B. 波源的能量随波传递
C. 振动质点的频率随着波的传播而减小
D. 波源的能量靠振动质点的迁移来传播
B
小试牛刀
如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m。当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是（ ）
A.0.60m B.0.30m C.0.20m D.0.15m
B
波动图像
1、坐标轴：横轴表示各质点的平衡位置，纵轴表示该时刻各质点的位移．
2、意义：表示波的传播方向上，介质中的各个质点在同一时刻相对平衡位置的位移.当波源作简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图像为正弦或余弦曲线．
3、图象
4、由波的图像可获取的信息
①从图像可以直接读出振幅、波长.
③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移
④在波速方向已知（或已知波源方位）时可
确定各质点在该时刻的振动方向.
波的传播方向与质点振动方向的互判
“上下坡”法 沿波的传播方向，“上坡”时质点向下振动，“下坡”时质点向上振动
“同侧”法 波形图上某点表示传播方向和振动方向的箭头在图线同侧
“微平移”法 将波形沿传播方向进行微小的平移，再由对应同一x坐标的两波形曲线上的点来判断振动方向
小试牛刀
一列沿x轴负方向传播的简谐横波t=0时刻的波形如图中实线所示，t=0.3s时刻的波形如图中的虚线所示，质点振动的周期为T，已知T>0.3s，则( )
A. t=0时刻质点P沿y轴正方向运动
B. 波的周期为1.2s
C. 波的频率为2.5Hz
D. 波的传播速度为20m/s
C
振动图象和波的图象的比较
比较项目 振动图象 波的图象
研究对象 一个质点 波传播方向上的所有质点
研究内容 某质点位移随时间的变化规律 某时刻所有质点在空间分布的规律
图象 正弦曲线 正弦曲线
横坐标 表示时间 表示各质点的平衡位置
物理意义 某质点在各时刻的位移 某时刻各质点的位移
振动方向的判断 (看下一时刻的位移)
(将波沿传播方向平移)
Δt后的图形 随时间推移，图象延续，但已有形状不变 随时间推移，图象沿波的传播方向平移，原有波形做周期性变化
联系 ①纵坐标均表示质点的位移②纵坐标的最大值均表示振幅③波在传播过程中，各质点都在各自的平衡位置附近振动，每一个质点都有自己的振动图象 小试牛刀
一简谐机械横波沿x轴正方向传播，波长为λ，周期为T.t=0时刻的波形如图1所示，a，b是波上的两个质点．图2是波上某一质点的振动图象．下列说法中正确的是（ ）
A. t=0时质点a的速度比质点b的大
B. t=0时质点a的加速度比质点b的小
C. 图2可以表示质点a的振动
D. 图2可以表示质点b的振动
D
波的反射、折射和衍射
1.波的反射：当波遇到挡板时会发生反射，反射时遵循反射定律。
反射定律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
2.波的折射：波在传播的过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象。
在波的折射中，波的频率保持不变，波速和波长都发生了改变,
3.波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射
现象。
小试牛刀
如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图象，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图象是( )
A. B. C. D.
D
波的叠加
1.波的叠加：几列波相遇时，每列波能够保持各自的状态继续传播而不互相干扰，只是在重叠的区域里，任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和
2.波的独立性原理：两列波相遇前、相遇过程中、相遇后，各自的运动状态不发生任何变化.
小试牛刀
在同一均匀介质中，有A、B两列孤立波相向传播，波速大小相同，振幅分别为A1、A2，某时刻的波形和位置如图所示，则下列说法正确的有( )
A. 波A的周期大于波B的周期
B. 两列波在传播到x=5m处开始相遇
C.x=6m的质点在振动过程中振幅为A1+A2
D.x=6.5m的质点在振动过程中振幅为A1+A2
D
波的干涉
1.定义：频率相同的两列波叠加，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象，叫波的干涉.
2.产生稳定干涉现象条件:两列波的频率相同，振动情况稳定.
3.当两相干波源振动步调一致时
若Δr=nλ(n=0,1,2,…),则振动加强;
若Δr=(2n+1)λ/2(n=0,1,2,…),
则振动减弱.
小试牛刀
如图所示为两列波传播过程中某时刻的图像，这两列波频率相同、相位差恒定，实线表示波峰，虚线表示波谷，相邻实线与虚线间的距离为0.2m，波速为1m/s，在图示范围内可以认为这两列波的振幅均为1cm，C点是B、D两点连线的中点，则( )
A. 图示时刻A、B两点的高度差为2cm
B. 图示时刻C点正处在平衡位置且向下运动
C. F点到两波源的路程差为零
D. 经过0.1s，A点的位移为零
D
多普勒效应
1.定义：由于波源和观察者之间有相对运动使观察者感到频率发生变化的现象
2.特点:当波源与观察者有相对运动，两者相互接近时，观察者接收到的频率增大;两者相互远离时，观察者接收到的频率减小.
3.应用：测速仪、彩超
小试牛刀
固定在振动片上的金属丝周期性触动水面形成水波。当振动片在水面上水平匀速移动时拍得一幅如图所示的照片，其中A为水面上的质点，由照片可知( )
A. 振动片在向左移动
B. 振动片在向右移动
C. A的振动频率低于振动片的振动频率
D. A的振动频率等于振动片的振动频率
A

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