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    機械波|微平移法|機械波公式總結

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    機械波

    高中物理選修3-4的教材中提到了機械波的定義:機械振動在介質中的傳播稱為機械波。從定義能夠看出,機械波是一種運動模式。

    常見的機械波有:水波、聲波、地震波。

    高中物理選修3-4還會有電磁波的學習。在這里做一個簡要的介紹:機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振蕩產生;

    機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波(例如光波)可以在真空中傳播;

    機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波(電磁波中的光也是橫波);

    同樣都是波,機械波與電磁波具有一些共同的物理性質,如:都會表現出折射、反射、衍射與干涉等現象,而且描述它們的物理量(如波長、波速、頻率、周期、振幅等)也是相同的。

    機械波案例:水紋波圖樣

    機械波的傳播

    借助一個具體的案例,王尚老師幫助同學們把機械波的概念梳理一下。

    如下圖所示,人的手在上下周期性機械振動。這種振動就猶如單擺振動一樣,只不過是上下振動模式。

    如果人的手中,拿著一根很長繩子(繩子另外一端固定,且繩子不是完全繃緊的),那么我們根據常識,就會發現繩子會有如下圖所示的類似波浪的波動。

    這種運動模式,就是人的手的振動在繩子上的傳播,就是機械波(見上述機械波的定義)。

    對初學者而言,機械波是一個較為抽象、難理解的概念,希望同學們以后遇到機械波概念的問題,都能夠想到這個模型。

    機械波示意圖

     機械波方向判定

    這里說的機械波方向判定,指的是橫波的圖像問題求解。機械波方向一般采用微平移法來判定。什么是微平移法呢?

    微平移法指的是,作出經微小時間后的波形,通過與原波形的對比,就知道了各質點經過這個極小的時間后到達的位置,即可判定某個質點的運動方向。

    反之,也可以通過某個質點的運動方向,借助微平移法反推波的運動方向。具體參考下方案例進行使用說明:

    如下圖所示,某橫波在某時刻向右傳播,波形如圖實線所示,請判定質點A此時的振動方向。

    微平移法判定機械波

    如上圖所示,畫出原波形向右傳播經過一小段時間之后的波形,如圖中虛線所示。

    通過分析,我們會發現,經過這樣的一小段時間后,質點A的位置比原位置向下移動的若干。

    所以,質點A的振動方向是向下的(如下圖所示)。

    微平移法的應用舉例

    同學們可以反推,如果已知質點A的振動方向是向下的,試一試能否推導出波是向右傳播的?

    揉入了假設法和遞推關系的機械波圖像問題是高考物理的常考點與難度,建議同學們利用王尚老師物理自診斷中的視頻來認真學習。

    高中物理機械波公式

    機械波公式主要是圍繞波速展開的,機械波波速公式主要有如下三個:

    (1)u=λ/T

    公式中,u為波速,T為周期,λ為波長。

    (2)u=λf

    公式中,u為波速,f為頻率,λ為波長。

    (3)u=△x/△t

    公式中,u為波速,△x為沿著波的方向傳遞的位移,△t為波走△x位移所對應的時間。

    機械波和電磁波的區別

    機械波和電磁波的區別非常的明顯,首先,兩者的產生機理完全不同:

    機械波是由物體的機械運動產生的,而電磁波則是由電磁振蕩產生電、磁場交替傳播。

    另外,兩者的傳播也不同。機械波的傳播需要介質,而電磁波不需要。最為簡單的案例,便是聲音不能在真空中傳播,而電磁波可以。

    電磁場

    機械振動與機械波的聯系與區別

    振動、波動現象既有緊密的聯系,又有本質的區別,掌握它們的聯系和區別對正確把握和理解這兩種運動形式以及迅速解答振動、波動的綜合題有重要意義。

    1. 從產生條件看:振動是波動的成因,波動是振動在介質中的傳播,有波動必有振動,但是有振動未必有波動。所以產生機械波的條件是:1振動;2介質。

    2. 從運動現象看:振動是單個質點在平衡位置的往復運動;波動是介質中大量質點依次振動而形成的,波動中每個質點的運動都是在各自的平衡位置附近做振動,但是,各個質點的振動有先后,而且質點并不隨波的傳播而遷移。

    3. 從運動性質看:振動是非勻速周期性運動,其位移、速度、加速度隨時間作周期性變化;而波的傳播是勻速運動,波速只與傳播振動的介質有關,與振動本身無關,波傳播的距離與時間關系為,但對于波上的每個質點來說,它的運動只是振動,其振動周期等于振源的周期。

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