大学物理机械波课件

大学物理机械波课件

大学物理机械波课件

一、什么是机械波？

机械波是物理学中的一个重要概念，它是指振动或振动的传播。当一个物体受到外力的作用时，它就会产生振动，并且这种振动会通过介质传递给其他物体。这种传递过程就是机械波的传播。

二、机械波的要素

机械波由以下三个要素组成：

1、介质：机械波传播的物质载体，例如空气、水、金属等。

2、振动：波源产生的振动，包括振幅、频率、相位等。

3、波长：相邻两个振动相位相同的点之间的距离，是描述机械波的重要物理量。

三、机械波的分类

根据振动方式和传播性质的不同，机械波可以分为以下两类：

1、横波：振动方向与传播方向垂直的波，最常见的横波是地震波。

2、纵波：振动方向与传播方向平行的波，最常见的纵波是声波。

四、机械波的性质

1、传递性：机械波可以传播很远的距离，因为波的能量是沿着介质

传递的。

2、周期性：机械波是周期性振动的传播，具有固定的频率和周期。

3、干涉性：当两个或多个机械波相遇时，它们会产生干涉现象，形

成新的波峰和波谷。

4、衍射性：机械波可以绕过障碍物传播，产生衍射现象。

五、机械波的应用

机械波在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，例如声波用于通信、地震波用于地质勘探、电磁波用于无线通信等。

六、如何学好机械波

要学好机械波，需要掌握以下三个方面的内容：

1、基本概念：理解机械波的基本概念，包括波长、频率、振幅、相

位等。

2、数学方法：掌握波动方程的求解方法，包括分离变量法、傅里叶

变换等。

3、应用实践：了解机械波在各个领域的应用，例如声波、地震波、

电磁波等。

总之，机械波是物理学中的一个重要概念，它具有传递性、周期性、干涉性和衍射性。在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。要学好机械波，需要掌握基本概念、数学方法和应用实践三个方面。

大学物理课件：机械波

大学物理课件：机械波

一、引言

机械波是物理学中一个重要概念，它广泛存在于自然界中，如声波、水波、地震波等。机械波的研究对于理解自然现象以及实际应用都具有重要意义。本篇文章将详细阐述机械波的基本概念、产生、传播和反射过程，以及相关应用场景。

二、机械波的基本概念

机械波是指在介质中传播的振动能量，介质中每个质点都以自己的方式振动，形成波的传播。机械波的产生通常需要振源和介质，振源产生的振动能量会激发介质中的质点振动，从而形成机械波。

三、机械波的产生与传播

1、机械波的产生：当振源振动时，会激发介质中的质点产生振动，这些质点以各自的方式振动并传递给周围的质点，形成波的传播。

2、机械波的传播：机械波的传播速度由介质的性质决定，与振源无关。在均匀介质中，波的传播速度是一个常数，而在非均匀介质中，波的传播速度会发生变化。

3、案例分析：声波的产生与传播。声音是由物体振动产生的机械波，通过空气介质传播。当物体振动时，会激发空气中的分子产生振动，这些分子以各自的方式振动并传递给周围的分子，形成声波的传播。

四、机械波的反射

1、机械波的反射原理：当机械波遇到介质边界时，由于介质性质的改变，波的传播方向会发生改变，形成反射。

2、反射过程的描述：入射角与反射角是描述反射过程的重要参数。入射角是指入射波与介质边界的夹角，反射角是指反射波与介质边界的夹角。根据反射原理，入射角等于反射角。

3、案例分析：水波的反射。在平静的水面上扔一块石头，会看到水波产生并传播到远处。当水波遇到水岸时，会发生反射，形成水岸附近的回荡波纹。

五、机械波的应用场景与特点

1、声波的应用：声音是人类感知世界的重要途径，通过声音可以交流信息、学习知识、欣赏音乐等。声波在医学上也有广泛应用，如超声波检查、声波疗法等。

2、电磁波的应用：电磁波是无线通信、电视、雷达等技术的基石。

它可以通过自由空间和介质进行传播，实现远距离的信息传输和定位。

3、其他应用场景：机械波还在地震学、波形分析等领域发挥着重要

作用。例如，地震波可以用来研究地球内部结构、探测资源等。

六、总结

本篇文章详细介绍了机械波的基本概念、产生、传播和反射过程。通过具体案例分析，使读者更好地理解机械波的相关知识。机械波作为物理学的一个重要概念，不仅广泛存在于自然界中，还在实际应用领域发挥着重要作用。通过对机械波的学习和理解，我们可以更好地认识世界、探索未知领域。

大学物理机械波

大学物理机械波：基本概念、传播特性及实际应用

本文将探讨大学物理中的机械波，让读者了解其基本概念、传播特性以及在现实生活中的应用。

一、基本概念

机械波是指在介质中传播的振动，通过介质中质点的相互作用，形成一种机械扰动。这种扰动从波源出发，通过介质传播，形成波动。波动是一种复杂的振动形式，其振动方向与波的传播方向垂直。

二、传播特性

1、波动速度：波动速度是指波在介质中的传播速度。它取决于介质的性质，如弹性模量、密度等。对于理想弹性介质，波动速度通常被表示为c。

2、波长：波长是指相邻两个相位相同的点之间的距离，它表示了波在一个周期内的振动范围。

3、频率：频率是指单位时间内波动的次数。它可以被看作是波动的快慢程度。

4、振幅：振幅是指波动的最大偏离量。它描述了波动的最大幅度。

三、特殊情况

1、声波：声波是一种机械波，通过介质的弹性振动传播。其频率范围很广，从次声波到超声波都有。

2、光波：光波是一种电磁波，但也可以被视为一种机械波。在某些情况下，光波可以被描述为一种波动模式，其波动方向与传播方向垂直。

四、实际应用

1、振动分析：机械波的理论被广泛应用于工程和物理学中，用于分析各种机械系统的振动特性。通过对振动特性的分析，我们可以优化

系统的性能，减少噪音，提高效率。

2、地震学：地震学利用机械波的传播特性来研究地球的内部结构。通过测量地震波在地球内部的传播速度和方向，科学家们可以推断出地球的分层结构。

3、医学超声：医学超声是利用机械波在人体内的传播特性来进行疾病诊断的。医生通过分析超声在人体内的反射和透射情况，可以得到有关人体内部组织的详细信息。

总之，机械波是大学物理中的一个重要概念。理解机械波的基本概念、传播特性和实际应用，有助于我们更好地理解物理现象，为相关领域的研究和应用打下坚实的基础。

上海交通大学大学物理机械波

标题：上海交通大学大学物理机械波研究的新发现

上海交通大学是一所享有盛誉的学术机构，一直以来在各个学科领域都开展了深入的研究。在大学物理机械波的研究方面，这所大学近期取得了一些令人兴奋的成果。

大学物理机械波是物理学的一个重要分支，主要研究机械振动和波动现象。这些现象在自然界和工程领域中普遍存在，例如声波、水波和电磁波等。通过深入理解机械波的形成、传播和影响，科学家们能够解决一系列实际问题，并推动相关技术的发展。

上海交通大学的研究团队专注于机械波的研究，特别是在纳米尺度上的机械波传播特性。他们利用先进的实验设备和独特的理论模型，对机械波在纳米材料中的传播规律进行了深入研究。这项研究的意义在于，它不仅有助于我们更好地理解纳米机械波的特性，也为纳米技术的发展提供了新的思路。

在实验过程中，研究团队采用了一种叫做“纳米光刻”的技术，通过精确控制激光和光束，对纳米材料进行了精确的构造和操作。通过对这些纳米材料进行振动测试，他们观察了机械波在纳米尺度上的传播特性。

实验结果显示，纳米机械波的传播特性与传统的机械波有所不同。具体来说，纳米机械波的传播速度更快，而且对周围环境的响应也更为敏感。这一发现对传统的机械波理论提出了挑战，也为我们更好地理解纳米世界的机械行为提供了新的视角。

基于这一发现，上海交通大学的研究团队提出了一种新的机械波理论模型，能够更好地描述纳米机械波的传播特性。这一理论模型不仅对纳米技术的发展具有重要的指导意义，也为未来的机械波研究提供了新的工具和思路。

总之，上海交通大学在大学物理机械波研究方面取得了重要的进展。他们的研究成果不仅为我们更好地理解纳米机械波的特性提供了新

的视角，也为纳米技术的发展提供了新的动力。随着研究的深入，我

们有理由相信，上海交通大学的研究团队将在未来带来更多的惊喜和突破。

大学物理机械波习题

大学物理机械波习题解析

在大学物理课程中，机械波是一个重要的知识点，也是考试中的常见考点。下面，我们将通过一道典型的机械波习题来解析解题思路和方法。

题目：一长度为50m的绳子，系在半径为10m的圆盘上，绳子在圆盘上绕了5圈。当绳子一端的质点以角速度w=2rad/s绕圆盘运动时，求机械波在绳子上的传播速度以及波长。

解析：

1、确定波动方程

根据题目描述，可以得知该机械波为一维振动，因此可以写出波动方程为：

y=Acos(wt-kx)

其中，y为质点偏离平衡位置的位移，A为振幅，w为角速度，k为波数，x为沿波传播方向的坐标，t为时间。

2、分析已知量

已知绳子长度为50m，圆盘半径为10m，绳子在圆盘上绕了5圈。根据题意，可知绳子的一端固定在圆盘中心，因此波动方程中的平衡位置应为x=0。

3、计算波速

根据波动方程，可知波速为：

v=dx/dt=kw

其中，k为波数，w为角速度。根据题意可知，绳子一端的质点以角速度w绕圆盘运动，因此可计算波速为：

v=10m/s

4、计算波长

根据波动方程，可知波长为：

lambda=2pi/k

其中，pi为圆周率。根据题意可知，绳子一端固定在圆盘中心，因此波动方程中的平衡位置应为x=0。因此，可以计算波长为：lambda=10m

综上所述，该机械波的传播速度为10m/s，波长为10m。通过这道习题的解析，我们可以了解到大学物理机械波知识点的一些基本概念和计算方法。在解题过程中，需要理解波动方程的物理意义，掌握波速和波长的计算方法。此外，对于一些较为复杂的机械波问题，可能需要借助图形或者数值模拟等方法进行分析和求解。

大学物理振动和波

大学物理中的振动和波

物理学是研究自然界基本规律的科学学科，而大学物理则是物理学的基础课程之一。在大学物理的学习中，我们不可避免地要接触到振动和波的内容。这一部分知识不仅在理论物理学中占有重要地位，还在工程技术和自然科学等领域有着广泛的应用。

首先，我们需要明确振动和波的概念。振动是指物体在某一方向上周期性位移的运动形式，而波则是振动的传播，即振动的状态在空间中的传播。波的传播需要介质，且介质中任意一点的振动状态都是由振幅、频率、相位等信息决定的。

振动和波之间有着密切的联系。当一个物体产生振动时，它就会在周围介质中形成波。例如，琴弦的振动会在空气中形成声波，而电磁场的振动则会产生电磁波。反过来，当波作用于物体时，物体也会产生振动。

振动和波的相互作用是物理学中的一个重要研究内容。例如，在机械波中，介质中的质点会因波的传播而产生振动，而振动的过程又会使得波的能量在空间中传播。在电磁波中，电磁场的变化会产生电磁振荡，进而形成电磁波。

在大学物理中，振动和波的应用非常广泛。例如，在研究声波和电磁波时，我们需要了解波的传播规律和性质，以及波在传播过程中的能量转换。此外，在研究机械振动、电磁振动和光学振动等领域时，也需要掌握振动和波的基本原理。

总之，大学物理中的振动和波是物理学的一个重要分支，它不仅在理论研究中具有重要意义，还在实际应用中发挥着重要作用。通过学习和掌握这一部分知识，我们可以更好地理解自然界的基本规律，为未来的科学研究和工程应用打下坚实的基础。

大学物理波的能量

大学物理波的能量：探究传播、损失与利用

在大学物理的学习中，我们研究了许多不同类型的波，包括机械波、电磁波和物质波等。这些波在传播过程中都会伴随着能量的传递，因此，理解波的能量对于掌握物理学的相关知识至关重要。本文将详细探讨大学物理波的能量，涉及波的基本概念、能量的传播与损失以及能量的利用等方面。

一、波的基本概念

在物理学中，波可以定义为一种周期性的振动，它以一定的速度在介质中传播。机械波是由介质中的质点沿着波的传播方向产生的周期性振动，而电磁波则是电场与磁场交替变化并传播的波动。无论是机械波还是电磁波，它们在传播过程中都会对介质产生影响，使介质表现出振动和能量的传递。

二、波的能量传播

能量的传播是波的重要特征之一。对于机械波，能量沿着波的传播方向由振源传递给介质中的每一个质点，振源的振动能量逐渐转化为介质粒子的动能和势能。对于电磁波，能量则以光速在空间中传播，其能量来源于电场和磁场的交替变化。

在机械波中，能量的传播速度等于波速，而波速由介质的性质决定，如弹性模量、密度等。对于电磁波，由于光速恒定，能量的传播速度与波长和频率有关。无论是机械波还是电磁波，它们在传播过程中都会表现出一定的方向性，即能量会沿着一定的方向传递。

三、波的能量损失

在实际传播过程中，波的能量会受到各种因素的影响，从而导致能量的损失。对于机械波，能量损失主要源于阻尼作用，如介质的内摩擦和辐射等。随着传播距离的增加，能量逐渐被耗散，表现为振幅的减

小。对于电磁波，能量损失主要与介质的电导率、电介电常数和磁导率等性质有关，特别是在导体或介质的界面处，能量会发生反射和吸收，导致能量的损失。

四、波的能量的利用

波的能量不仅可用于传递信息，还可被利用为动力或能源。在机械波的领域，振动的能量可以被转化为其他形式的能量，如电能或热能。例如，共振原理可以用于机械能向电能转化，从而实现能源的收集。在电磁波的应用中，无线通信和雷达等技术利用了电磁波的传输和反射特性，实现了信息的远距离传输。此外，太阳能电池也利用了电磁波的能量，将光能转化为电能。

五、结论

综上所述，大学物理波的能量是一个重要的研究领域，涉及到机械波、电磁波等多种类型。无论是机械波还是电磁波，它们在传播过程中都会表现出能量的传递和损失。理解波的能量对于掌握物理学的相关知识至关重要，同时也为科技的发展提供了理论支持。未来，随着科学技术的发展，我们对于大学物理波的能量的研究还将进一步深入，有望在能源利用、信息传输等领域取得更多的突破。

大学物理——机械振动

大学物理——机械振动

机械振动是大学物理中一个重要的知识点，它涉及到物理学的多个领域。本文将向读者介绍机械振动的定义、产生原因、特征以及应用。

一、机械振动的定义

机械振动是指物体在一定位置附近做往复运动的过程。这种运动通常在一定范围内反复发生，并且具有一定的周期性。机械振动是一种常见的物理现象，我们可以在许多实际应用中找到它的踪迹。

二、机械振动的产生原因

机械振动产生的原因可以分为自然振动和受迫振动两种。自然振动是由系统本身的物理性质和外部环境因素引起的，如弹簧振子的自由振动。受迫振动则是在外部驱动力作用下产生的，如电磁振动。

三、机械振动的特征

机械振动具有以下特征：

1、周期性：机械振动具有固定的周期，每次往复运动的时间间隔相等。

2、振幅：机械振动的振幅表示振动的幅度大小，是振动强烈程度的标志。

3、频率：机械振动的频率表示振动的快慢，单位为赫兹（Hz）。

4、位移：机械振动的位移表示振动质点在某一时刻离开平衡位置的距离。

5、相位：机械振动的相位表示振动质点在某一时刻所处的位置，用角度表示。

四、机械振动的应用

机械振动在生产生活中具有广泛的应用，如以下实例：

1、电磁振动：用于电视机、音响等设备的遥控器，通过电磁振动驱动机械部分，实现信号的传输和控制。

2、机械振动分析：通过对机械振动的测量和分析，可以判断机械设备的运行状态，预防故障发生。

3、振动计量：利用机械振动计量器具的精确测量，可以保证产品质量和计量数据的准确性。

4、振动输送：利用机械振动实现物料的输送，具有能耗低、效率高等优点。

5、振动搅拌：在化工、制药等领域，利用机械振动搅拌设备实现物料的快速混合。

总之，机械振动在生产生活中具有广泛的应用价值，对于提高生产效率、改善产品质量以及保障安全生产等方面都具有重要的作用。

五、总结

本文对大学物理中的机械振动进行了简要介绍，包括机械振动的定义、产生原因、特征以及应用。通过对这些内容的了解，我们可以更好地理解物理学中的基本概念，并将其应用于实际生活中。对于机械振动的深入研究和探索，也将为科学技术的发展和工业生产的进步提供有力的支持。

在未来的学习和研究中，我们应该注重理论联系实际，将所学知识应用于实际问题中，提高解决实际问题的能力。我们还应该关注科技发展的前沿动态，了解最新的科学技术和工业生产成果，以适应社会发展的需要。

大学物理机械振动

标题：大学物理机械振动：理论、应用与实验

一、引言

机械振动是物理学中的一个基本概念，是物体在平衡位置附近做往复运动的物理现象。在大学物理课程中，机械振动是机械波和波动方程的基础。本文将介绍机械振动的理论、应用和实验方法，旨在为读者提供有关机械振动的全面理解。

二、理论背景

机械振动涉及周期性运动，其数学表达式通常为振动方程。基本的振动形式包括简谐振动、阻尼振动和受迫振动。简谐振动是最简单的振动形式，其运动规律遵循正弦函数或余弦函数。阻尼振动是指在阻尼介质中进行的振动，其振幅随时间逐渐减小。受迫振动则是在驱动力作用下的振动，其频率与驱动力的频率相同或相近。

三、应用实例

机械振动在许多领域都有广泛应用。例如，在工程设计中，需要考虑到结构在振动环境下的稳定性。在机械制造中，振动加工和振动测试技术被广泛应用于材料加工和产品质量控制。在自然界中，振动现象也普遍存在，如声波和电磁波都是由振动产生的。

四、实验方法

为了更好地理解机械振动，需要通过实验进行验证和测量。实验设备包括振动台、振动传感器和数据采集系统。通过实验，可以观察振动的各种现象，如共振、衰减和振幅调制。同时，实验结果也可以验证理论模型的准确性。

五、总结

本文介绍了大学物理中的机械振动，包括理论、应用和实验方法。机械振动是物理学中的一个基本概念，具有广泛的应用价值。通过学习和实践，我们可以更深入地理解机械振动的原理，为今后的学习和工

作打下坚实的基础。

六、参考文献

[1] Sears W, Zemansky M. University Physics. 11th ed. San Francisco: Addison-Wesley, 2014.

[2] Knight R, Jones A. College Physics: A Strategic Approach. 3rd ed. San Francisco: Pearson, 2012.

[3] Halliday D, Resnick R, Walker J. Fundamentals of Physics. 8th ed. Hoboken: John Wiley & Sons, 2014.

[4] Serway R, Jewett J. Physics for Scientists and Engineers. 9th ed. San Francisco: Pearson, 2014.

大学物理《电磁学》课件

大学物理《电磁学》课件

一、引言

电磁学是大学物理中的重要组成部分，它主要研究电磁场的性质、规律和相互作用。在日常生活中，电磁学无处不在，从无线电通信、电磁炉到电力工程，都涉及到电磁学的知识。本课件旨在帮助学生掌握电磁学的基本概念和原理，为进一步学习相关领域打下坚实的基础。

二、关键词

1、电磁场

2、电磁波

3、电磁辐射

4、电磁感应

5、电容与电感

6、电阻与电导

7、电路分析

三、大纲

1、电磁场的性质和规律 a. 电磁场的基本概念 b. 电磁场的描述方法 c. 电磁场的基本方程

2、电磁波的传播与辐射 a. 电磁波的产生与传播 b. 电磁波的极化

c. 电磁波的反射与折射

3、电磁辐射与电磁感应 a. 电磁辐射 b. 电磁感应 c. 法拉第电磁感应定律

4、电路分析基础 a. 电阻电路分析 b. 动态电路分析 c. 交流电路

武汉纺织大学 大学物理 机械波

第十三章 机械波 一、选择题 （在下列各题中，均给出了4个～5个答案，其中有的只有1个正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内） 1.在下列关于机械波的表述中，不正确的是 A.机械波实际上就是在波的传播方向上，介质中各质元的集体受迫振动； B.在波的传播方向上，相位差为2π的两质元之间的距离称为波长； C.振动状态在介质中传播时，波线上各质元均可视为新的子波波源； D.波的振幅、频率、相位与波源相同; E.波线上离波源越远的质元，相位越落后。 （ ） 解：选（D ）。简谐波的频率与波源的频率相同。对于平面简谐波，我们假设了介质是均匀、无吸收的，那么各点的振幅将保持不变，且与波源的振幅相同，但对于简谐球面波，其振幅与离开波源的距离成反比。波的相位与位置有关，且总是落后于波源的相位。 2.已知一平面简谐波的波函数为y =A cos （at -bx ）(a 、b 为正值)，则： A.波的频率为a ； B.波的传播速度为 a b ； C.波长为πb D.周期为2πa （ ） 解：选（D ）。沿Ox 轴正方向传播的平面简谐波的波函数具有标准形式： cos 2π()λ t x y A T =-。 将题中给出的波函数化为cos 2π()2π2πt x y A a b =-，与标准形式比较得：周期2πT a =，波长2πλ= b ，波速λ=a u T b =，频率1==2π a T ν。 3.在下列关于波的能量的表述中，正确的是 A. 波的能量22 1kA E E E P K =+=；

B. 机械波在介质中传播时，任一质元的K E 和P E 均随时间t 变化，但相位相差π2 ； C. 由于K E 和P E 同时为零，又同时达到最大值，表明能量守恒定律在波动中不成立； D.K E 和P E 同相位，表明波的传播是能量传播的过程。（ ） 解：选（D ）。在有波传播的介质中，任一体积元中的动能和势能随时间变化的规律完全相同，也就是说，当该体积元内的动能最大时，势能也最大，动能为零时，势能也为零。但这并不表明能量守恒定律本身不成立，因能量守恒定律只适用于封闭（孤立）系统，而该体积元是开放系统，它不断从后面的介质中获得能量，又不断地把能量传给前面的介质。这与单个质点的简谐振动不同，当单个质点做简谐振动时，其动能最大时势能为零，势能最大时动能为零，两者之和为22 1kA E E E P K = +=，机械能守恒。 4.传播速度为100m/s ，频率为50Hz 的平面简谐波，在波线上相距为0.5m 的两点之间的相位差为： A. π3 ； B.π6； C.π2； D.π 4。 （ ） 解：选（C ）。波长m 250 100===νλu ，相位差x ?=?λ?π22π5.02π2=?=。 5.一列平面余弦波t 时刻的波形如图13-1所 示，则该时刻能量为最大值的介质质元的位置是： A.e c a ,, ； B.f d b ,, ； C.e a , ； D.c 。 （ ） 解：选（B ）。由图可知，该时刻b 、d 、f 三个质元位移为零，说明此时它们正通过平衡位置，因此动能最大，根据波动过程中能量传播的规律，它们的势能也最大。 6.一频率为500Hz 的平面简谐波，波速为360m/s ，则同一波线上相位差为 3π的两点间距离为： A. 0.24m ； B.0.48m ； C.0.36m ； D.0.12m 。 （ ） 图13-1

大学物理机械波知识点总结

大学物理机械波知识点总结

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。 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-物理(选修3-4)》(2005年)[1]。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[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

武汉纺织大学 大学物理 机械波

第十三章 （在下列各题中，均给出了4个～5个答案，其中有的只有1个正确答案，有的则有几 1.在下列关于机械波的表述中，不正确的是 A. B.在波的传播方向上，相位差为2π C. D.波的振幅、频率、相位与波源相同; E.波线上离波源越远的质元，相位越落后。 （ 解：选（D ）。简谐波的频率与波源的频率相同。对于平面简谐波，我们假设了介质是均匀、无吸收的，那么各点的振幅将保持不变，且与波源的振幅相同，但对于简谐球面波，其振幅与离开波源的距离成反比。波的相位与位置有关，且总是落后于波源的相位。 2.已知一平面简谐波的波函数为y =A cos （at -bx ）(a 、b 为正值) A.波的频率为a ； B.波的传播速度为 a b C.波长为 πb D.周期为 2π a 解：选（D ）。沿Ox 轴正方向传播的平面简谐波的波函数具有标准形式： cos 2π()λ t x y A T =-。 将题中给出的波函数化为cos 2π( )2π2πt x y A a b =-，与标准形式比较得：周期2πT a =，波长2πλ= b ，波速λ=a u T b =，频率1==2π a T ν。 3. A. 波的能量2 2 1kA E E E P K = +=

B. 机械波在介质中传播时，任一质元的K E 和P E 均随时间t 变化，但相位相差 π 2 C. 由于K E 和P E 同时为零，又同时达到最大值，表明能量守恒定律在波动中不成立； D.K E 和P E 同相位，表明波的传播是能量传播的过程。（ 解：选（D ）。在有波传播的介质中，任一体积元中的动能和势能随时间变化的规律完全相同，也就是说，当该体积元内的动能最大时，势能也最大，动能为零时，势能也为零。但这并不表明能量守恒定律本身不成立，因能量守恒定律只适用于封闭（孤立）系统，而该体积元是开放系统，它不断从后面的介质中获得能量，又不断地把能量传给前面的介质。这与单个质点的简谐振动不同，当单个质点做简谐振动时，其动能最大时势能为零，势能最大时动能为零，两者之和为2 2 1kA E E E P K = +=，机械能守恒。 4.传播速度为100m/s ，频率为50Hz 的平面简谐波，在波线上相距为0.5m 的两点之间 A. π 3 ； B. π6； C.π2； D. π 4 。 （ 解：选（C ）。波长m 250 100 ===νλu ，相位 差x ?=?λ?π22 π 5.02π2=?=。 5.一列平面余弦波t 时刻的波形如图13-1所示，则该时刻能量为最大值的介质质元的位置是： A.e c a ,, ； B.f d b ,, ； C.e a , ； D.c 解：选（B ）。由图可知，该时刻b 、d 、f 三个质元位移为零，说明此时它们正通过平衡位置，因此动能最大，根据波动过程中能量传播的规律，它们的势能也最大。 6.一频率为500Hz 的平面简谐波，波速为360m/s ，则同一波线上相位差为 3 π 的两点间 A. 0.24m ； B.0.48m ； C.0.36m ； D.0.12m 。 （ 图13-1

大学物理资料-光学笔记+课件-第一章光的干涉

第一章绪论 1、光的本性 据统计，人类感官收到外部世界的总信息中，至少有90%以上是通过眼睛。与天文、几 何、力学一样，是一门古老的科学。十七世纪开始，探讨光的本性（光是什么） （1）光线模型； （2）微粒模型（牛顿）： 光按惯性定律沿直线飞行的微粒流。 折射：水中速度比空气中大，科技落后，无法用实验鉴别。 （3）波动模型 惠更斯：光是纵波 一种特殊弹性媒质中传稀的机械波可解释反射、折射。 十九世纪初，托马斯•杨的双缝实验，菲涅耳在惠更斯基础上的理论，推动波动理论的 发展。 A、解释干、衍 B、初步确定波长 C、由光的偏振→光是横波 D、由波理，光在水中速度小于空气中，1862年付科证实，十九世纪中叶，波战胜微。 惠—菲旧波动理论与微粒理论： 弱点：它们都带有机械论色彩，光现象为某种机械运动过程，光为弹性波，传播借助某种理想的特殊的弹性媒质（以太）充满空间因光速大，所以认为以太（一种极其矛盾 的属性）密度极小，弹性模量极大。实验上无法证实，理论上显得荒唐。 （4）量子模型 麦克斯韦：磁理论 主要是光的传播，很少涉及发射、吸收、光与物质相互作用尚未研究。 两朵乌云 （5）光的波粒二象性 “粒子”与“波动”都是经典理论的概念。 近代科学实践证明，光是十分复杂的客体。对它的本性问题，只能用它所表现的性质和规律来回答，光的某些方面的行为象经典的“波动”，另一方面的行为却象经典“粒子”，这就是所谓“光的波粒二象性”，任何经典概念都不能完全概括光的本性。 2、光这的研究对象、分支 （1）光学：研究光的传播以及它与物质相互作用的问题，不涉及光的发射、吸收与物质相互作用的微观机制。 在传统上分为两部分：

大学物理讲稿（第12章波动学基础）第一节

大学物理讲稿（第12章波动学基础）第一节 第12章波动学基础 振动的传播就是波.机械振动在弹性介质中的传播形成机械波,水波和声波都属于机械波.但是,并不是所有的波都依靠介质传播,光波、无线电波可以在真空中传播,它们属于另一类波,称为电磁波.微观粒子也具有波动性,这种波称为物质波或德布罗意波.各类波虽然其本源不同,但都具有波动的共同特性,并遵从相似的规律.我们就从机械波开始讨论. §12.1 机械波的产生和传播 一、机械波产生的条件 当用手拿着绳子的一端并作上下振动时,绳子将形成一个接着一个的凸起和凹陷,并由近及远地沿着绳子传播开去,这一个接着一个的凸起和凹陷沿绳子的传播,就是一种波动.显然,绳子上的这种波动,是由于绳子上手拿着的那一点上下振动所引起的,对于波动而言,这一点就称为波源.绳子就是传播这种振动的弹性介质. 我们可以把绳子看作一维的弹性介质,组成这种介质的各质点之间都以弹性力相联系,一旦某质点离开其平衡位置,则这个质点与邻近质点之间必然产生弹性力的作用,此弹性力既迫使这个质点返回平衡位置,同时也迫使邻近质点偏离其平衡位置而参与振动.另外,组成弹性介质的质点都具有一定的惯性,当质点在弹性力的作用下返回平衡位置时,质点不可能突然停止在平衡位置上,而要越过平衡位置继续运动.所以说,弹性介质的弹性和惯性决定了机械波的产生和传播过程. 在波的传播过程中,虽然波形沿介质由近及远地传播着,而参与波动的质点并没有随之远离,只是在自己的平衡位置附近振动.所以,波动是介质整体所表现的运动状态,对于介质的任何单个质点,只有振动可言. 应该特别指出的是,弹性介质是产生和传播机械波的必要条件,而对于其他类型的波并不一定需要这个条件.光波和无线电波都属于电磁波,是变化的电场和变化的磁场互相激发而产生的波,可以在真空中产生和传播.实物波或德布罗意波反映了微观粒子的一种属性,即波动性,代表了粒子在空间存在的概率分布,并非某种振动的传播,更无需弹性介质的存

大学物理机械波

大学物理机械波 机械波是自然界中一种普遍存在的物理现象，它涉及到振动和波动的基本原理。在大学物理中，机械波是物理学的一个重要分支，它对于理解声学、电磁学和物质动力学等其他领域也有着重要的应用。 机械波是由振动源引起的，在介质中传播的一种波动现象。在机械波传播的过程中，介质中的质点会沿着波的传播方向来回振动。这些质点的振动速度和振幅都会随着时间和位置的变化而变化。 横波和纵波：根据波的传播方向和质点的振动方向之间的关系，机械波可以分为横波和纵波。横波是指波的传播方向和质点的振动方向垂直的波，例如地震波；纵波是指波的传播方向和质点的振动方向一致的波，例如声波。 平面波和球面波：根据波的传播方式和形状，机械波可以分为平面波和球面波。平面波是指波的传播面是一个平面的波，它的传播速度是恒定的；球面波是指波的传播面是一个球面的波，它的传播速度会随着距离的增加而减小。 周期性和频率：机械波的周期性和频率是描述波动过程的基本性质之一。周期是指质点完成一次完整的振动所需的时间，频率是指单位时

间内振动的次数。这两个参数是相互关联的，可以通过公式f = 1/T 来表示。 波长和波速：机械波的波长和波速也是描述波动过程的基本性质之一。波长是指相邻两个波峰或波谷之间的距离，波速是指单位时间内波传播的距离。这两个参数之间也存在一定的关系，即v = fλ。 波动方程：描述机械波的基本方程是波动方程。对于一般的一维波动问题，波动方程可以表示为x(y,t) = Acos[ω(t - y/v)]。其中x(y,t)表示在位置y、时间t处质点的振动位移；A是振幅；ω是角频率；v 是波速。 机械波的产生：机械波的产生需要有一个振动源，这个振动源可以是物体的弹性形变、电磁场的变化或者其他形式的能量转换。当振动源发生振动时，会带动周围的介质一起振动，从而形成机械波。 机械波的传播：机械波在介质中传播时，是通过介质中质点的来回振动来实现的。随着距离的增加，振动的形式和相位会发生变化。当波动到达观察点时，观察点处的质点会受到扰动并开始振动，从而产生波动效应。 机械波在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。例如，利用超声

大学物理习题--5.机械波

习题五 5-1 振动和波动有什么区别和联系?平面简谐波动方程和简谐振动方程有什么不同?又有什么联系?振动曲线和波形曲线有什么不同? 解: (1)振动是指一个孤立的系统(也可是介质中的一个质元)在某固定平衡位置附近所做的往复运动，系统离开平衡位置的位移是时间的周期性函数，即可表示为)(t f y =；波动是振动在连续介质中的传播过程，此时介质中所有质元都在各自的平衡位置附近作振动，因此介质中任一质元离开平衡位置的位移既是坐标位置x ，又是时间t 的函数，即),(t x f y =． (2)在谐振动方程)(t f y =中只有一个独立的变量时间t ，它描述的是介质中一个质元偏离平衡位置的位移随时间变化的规律；平面谐波方程),(t x f y =中有两个独立变量，即坐标位置x 和时间t ，它描述的是介质中所有质元偏离平衡位置的位移随坐标和时间变化的规律． 当谐波方程)(cos u x t A y -=ω中的坐标位置给定后，即可得到该点的振动方程，而波源持续不断地振动又是产生波动的必要条件之一． (3)振动曲线)(t f y =描述的是一个质点的位移随时间变化的规律，因此，其纵轴为y ，横轴为t ；波动曲线),(t x f y =描述的是介质中所有质元的位移随位置，随时间变化的规律，其纵轴为y ，横轴为x ．每一幅图只能给出某一时刻质元的位移随坐标位置x 变化的规律，即只能给出某一时刻的波形图，不同时刻的波动曲线就是不同时刻的波形图． 5-2 波动方程y =A cos ［ω(u x t -)+0?］中的u x 表示什么?如果改写为y =A cos (0?ωω+-u x t )，u x ω又是什么意思?如果t 和x 均增加，但相应的［ω(u x t -)+0?］的值不变，由此能从波动方程说明什么? 解: 波动方程中的u x /表示了介质中坐标位置为x 的质元的振动落后于原点的时间；u x ω则表示x 处质元比原点落后的振动位相；设t 时刻的波动方程为 )cos(0φωω+-=u x t A y t 则t t ?+时刻的波动方程为 ]) ()(cos[0φωω+?+- ?+=?+u x x t t A y t t 其表示在时刻t ，位置x 处的振动状态，经过t ?后传播到t u x ?+处．所以在)(u x t ωω-中， 当t ，x 均增加时，)(u x t ωω- 的值不会变化，而这正好说明了经过时间t ?，波形即向前传 播了t u x ?=?的距离，说明)cos(0φωω+- =u x t A y 描述的是一列行进中的波，故谓之行

物理3-4机械波 光 电磁波 知识点总结

一、波长 1.定义:在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离。通常用“λ” 表示。 2.特征:在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长。 注意:"相邻”和“振动相位总是相同的”是波长定义的关键要素，二者缺一不可。“相位总是相同”的含义是:任何时刻质点相对平衡位置的位移的大小和方向总是相等。 2.对波长的理解 (1)波长在数值上等于一个周期内振动在介质中传播的距离，波源振动-个周期，能且仅能产生一个波长的波形。 (2)相距一个(或整数个)波长的两个质点的振动状态相同。 相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的; 相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。 (3)物理意义:表示波在空间上的周期性。 二、周期和频率 1.定义:波上各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率，这个周期或频率也叫做波的周期或频率。 3.决定因素:波的周期或频率由波源决定，与介质无关。. 3.关系:周期T和频率f互为倒数，即f=1/T。 4.物理意义:振动周期(或频率)是描述波的“时间周期性”的物理量。 即每经历一个周期的时间，当前的波形图与原有的波形图相同。 5.时空关系:在一个周期的时间内振动在介质中传播的距离等于一个波长 即每经过一个周期的时间波就沿传播方向传播一个波长的距离。 Eg关于波的周期，下列说法错误的是( C ) A.波的周期与质点的振动周期相同 B.波的周期是由波源驱动力的频率决定的 C.波的周期与形成波的介质有关 D.经历整数个周期波形图重复出现，只是波向前移动了一段距离 三、波速 1.定义:波在介质中传播的距离跟所用时间的比值叫做波速。V=ΔX/Δt 即波在介质中传播的速度。 2.物理意义 描述振动或波形在介质中传播的快慢。 3.波长、频率和波速之间的关系 v=λ/T，V=λ/f(适用于一切波) 这一关系虽从机械波得到，但对其他形式的波(电磁波)也成立 波速,波长和频率 4.关于波长、频率或周期和波速的几点说明

大学物理机械振动与机械波

2.掌握振动和波的关系、波的相干条件、叠加原理、驻波的形成条件、驻波的振幅、相位和能量的空间分 布，半波损失。 3.学会建立波动方程。 教学难点 多自由体系的小振动 第十一章 机械振动 振动是指物体或系统在其平衡位置附近的往复运动。(例子：物体位置、电流强度、电压、电场强度、磁场强度等)。 物体或系统质点数是无穷的，自由度数也是无穷的，因此存在空间分布和时间分布，需要用偏微分方程描述(如果一个微分方程中出现多元函数的偏导数，或未知函数与几个变量有关，而且未知函数对应几个变量的导数，那么这种微分方程就是偏微分方程。例如弦包含很多的质点，不能用质点力学的定律研究，但是可以将其细分成若干个极小的小段，每小段可以抽象成一个质点，用微分的方法研究质点的位移，其是这点所在的位置和时间变量的函数，根据张力，就可以建立起弦振动的偏微分方程)。 一、简谐振动(单自由度体系无阻尼自由小振动) 虽然多质点的振动要用偏微分方程描述，但是我们可以简化或只考虑细分成的每一小段，那么就成为单质点单自由度(只需一个坐标变量)的振动。 2222 2222 2 ,,0 cos():0i i t F k k F kx a x m m m d x d x a x a x dt dt x A t Ae e i ，令特征方程特征根：ϕωωωωωϕλωλω =-= =-==-=∴+==+=+==±(振幅)、(初相位)都是积分常数，为倔强系数。 在微分方程中所出现的未知函数的导数的最高阶数称为这个方程的阶。 形如 ()()dx P t x Q x dt +=的方程为线性方程，其特点是它关于未知函数及其导数dx dt 都是一次的。若()0Q x =，则()0dx P t x dt +=称为齐次的线性方程。 二阶常系数齐次线性微分方程的解法： ()() 12121212121,212cos sin t t t t x c e c e x c c t e i x e c t c t λλλαλλλλλαβββ≠=+==+=±=+ 由cos()sin()x A t v A t ωϕωωϕ=+⇒=-+ 按周期定义， ()()cos()cos sin()sin A t A t T A t A t T ωϕωϕωωϕωωϕ+=++⎡⎤⎣⎦-+=-++⎡⎤⎣⎦ ，同时满足以上两方程的的最小值应为 2 ， 所以2 T ，于是1 ,2 T ，称为圆频率或角频率。不像、，由初始条件决定，由固有参量和决 定，与初始条件无关，故称为振子的固有频率。简谐振动的状态的物理量位置和速度随时间变化，但只要 ()t ωϕ+相同，振动的状态就相同，所以()t ωϕ+是决定振动状态的物理量，称为位相。是位相的变化速 率，单位是弧度/秒。 由于复数平面上任一点对应一个矢量，还可以用一个旋转矢量来描述简谐振动。 在相空间中，简谐振动由一条椭圆曲线所描述： 位移和动量 cos(),sin()x A t p mv m A t ωϕωωϕ=+==-+ 满足椭圆方程 22 22 1()x p A m A ω+ = 举例：单摆的摆动 弹簧振子和单摆都是在弹性力或准弹性力作用下作简谐振动的保守系统，称为谐振子。由于弹性力是保守力，简谐振动中机械能是守恒的，于是 22 2222222 11cos (),sin()221sin (),221 2p k p k E kx kA t p m A t p k E m A t m m E E E kA ωϕωωϕωωϕω= =+=-+==+==+= 振动的合成与分解 ①同方向、同频率的两简谐振动的合成(矢量法) 312123123i i i i t x x x x Ae A e A e e ϕϕϕω⎡⎤=++=++⎣⎦ I. 21 2,0,1,2,k k 则12A A A ，即当两分振动的相位差为的偶数倍时，合振动的振幅为两 分振动振幅之和。 II. 2 1 21,0,1,2,k k 则12A A A ，即当两分振动的相位差为的奇数倍时，合振动的 振幅为两分振动振幅之差。 III. 2 1为一般值，则 1212A A A A A 。 ②同方向、不同频率的两简谐振动的合成(三角函数法)—参见拍 ③振动方向垂直的两谐振动的合成(三角法、计算机法)

大学物理机械波知识点总结

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。 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-物理(选修3-4) 》(2005 年)[1] 。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

大学物理机械波

大学物理机械波 第十章机械波 10.1机械波振动 物体在一定的平衡位置附近的往返运动称为机械振动。 10.1.1简谐振动的描述 一、简谐振动方程 在光滑的水平面上，质量不计的轻弹簧左端固定，右段与质量为m 的物体相连，构成一个震动系统，物体为弹簧振子。 物体所受的弹簧弹力的方向始终指向平衡位置，称为回复力。有胡克定律可知 F=-kx 弹簧振子的位移与时间关系的形式为 x=Acos(ωt+φ) 于是，把这种运动参量随时间按正弦或余弦函数规律变化的振动，叫做简谐振动，式子称为简谐振动方程。 由位移，速度和加速度的微分关系可得，简谐振动物体的速度v 和加速度a 分别为 V=dx/dt=-ωAsin(ωt+φ) a=(dx)^2/d(x^2)=-ω^2Acos(ωt+φ) 简谐振动物体的位移随时间的变化曲线，称为振动曲线。 二、震动的特征物理量 （1）振幅A ：指振动物体离开平衡位置的最大位移。 （2）周期T ，频率V 与圆周率W ：物体完成一次全振动所经历的时间为振动周 期，用T 表示；单位时间内物体所做的完全振动的次数为振动频率，用V 表示；单位时间内物体所做的完全振动的次数的2倍W 表示，国际单位是rad/s.三 者关系为：ν=1/T, T=2 π/ω, W=2π ν 。 （3）相位和初相位A=2^/2^02^0W V X φ=arctan(-ν0)/(ωx0)

三、旋转矢量 沿着逆时针方向匀速振动矢量A 代表了一个X 方向的简谐振动，这个矢量称 为旋转矢量。 四、简谐振动的能量 整个振动系统的能量应包括弹簧振子的振动能量Ek 和震动引起的弹性能量 Ep. 设弹簧振子在平衡位置的势能为0，他的任意时刻的是能与动能为Ek=1/2kx^2=1/2m ω^2A^2π(cos(ωt+φ))^2 Ep=1/2kx^2=1/2m ω^2A^2π(sin(ωt+φ))^2 则系统能量为 E=Ek+Ep=1/2mw^2A^2=1/2kA^2 简谐振动的总能量是守恒的，在振动过程中动能与势能相互转换。 10.1.2 受迫振动和共振 实际物体的振动都是非简谐振动。 在周期外力作用下进行的振动称为受迫振动。 如果物体或建筑在外界驱动下做受迫振动，当驱动力频率W接近或等于物体或建筑的Wd时，其受迫振动的振幅更大，这种现象叫做共振。 共振条件ω=ωd。但是，不论ω>ωd还是ω<ωd时，物体或建筑的振幅就都比共振时小得多。 共振的弊端。 10.1.3机械波的形成 机械振动在弹性介质中传播形成机械振动。 10.2 机械波的描述 10.2.1 机械波的分类与特征物理量 一、机械波的种类 横波：媒质的振动方向与波动的传播方向相垂直的机械波，称为横波。

高考物理机械振动与机械波专题讲解

专题六机械振动与机械波 一、大纲解读 振动在介质中的传播形成波，本专题涉及的Ⅱ级要求有三个：弹簧振子、简谐运动、简谐运动的振幅、周期和频率、简谐运动的位移—时间图象；单摆，在小振幅条件下单摆做简谱运动，周期公式；振动在介质中的传播——波、横波和纵波、横波的图像、波长、频率和波速的关系。它们是高考考查的重点，其中振动与波动的结合问题是高考出题的一个重要方向，单摆的问题经常结合实际的情景进行考查，有时也综合题出现，但往往比较简单，以考查周期公式为主。涉及的I级要求有五个，其中共振，波的叠加、干涉、衍射等问题都曾在高考中出现，复习中不能忽视。只要振动的能量转化、多普勒效应在高考中出现次数的相对较少是考查的冷门。 二、重点剖析 1.机械振动这一部分概念较多，考点较多，对图象要求层次较高，因而高考试题对本部分内容考查的特点是试题容量较大，综合性较强，一道题往往要考查力学的多个概念或者多个规律。因此，在复习本专题时，要注意概念的理解和记忆、要注意机械振动与牛顿定律、动量守恒定律、机械能守恒定律的综合应用。 要求掌握简谐运动的判断方法，知道简谐运动中各物理量的变化特点，知道简谐运动具有周期性，其运动周期由振动系统本身的性质决定，清楚简谐运动涉及到的物理量较多，且都与简谐运动物体相对平衡位置的位移x存在直接或间接关系，如果弄清了图6-1的关系，就很容易判断各物理量的变化情况。 2.理解和掌握机械波的特点：（1）在简谐波传播方向上，每一个质点都以它自己的平衡位置为中心做简谐运动；后一质点的振动总是落后于它前一质点的振

动。（2）波传播的只是运动形式（振动）和振动能量，介质并不随波的传播而迁 移。（3）同一列波上所有质点的振动都具有相同的周期和频率。 3．理解波长是两个相邻的在振动过程中对平衡位置的位移总相等的质点间的 距离。也是波在一个周期内向前传播的距离，波的周期决定于振源的周期，一列 波上所有质点振动的周期都相等。 4．掌握衍射、干涉是波的特有现象。知道在两列波相遇叠加时遵从叠加原理， 两列波叠加时不受波的频率限制；干涉是一种特殊的叠加，即在两波的频率相同 时使某些振动加强点总加强振动减弱点总减弱的现象。 5．本专题难点有：（1）波速与质点的振动速度无关。波的传播速度是由介质 的物理性质决定的，在同一种介质中波的传播速度不变；而波上各质点的运动是 在自身平衡位置附近的振动，是变加速运动。（2）振动图象和波动图象的相同点 和不同点。（3）波的多解问题往往是由波的传播方向的双向性、波长的多种可能 性 、周期的多种可能性而引起的，在个别问题中的多解可能是由多种因素造成 的，在求解过程中要特别注意。 三、考点透视 考点1： 简谐振动的回复力与振幅 例1（08年四川延考区） 光滑的水平面上盛放有质量分别为m 和m /2 的两木 块，下方木块与一劲度系数为k 的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所 示。已知两木块之间的最大静摩擦力为f ，为使这两个木块组成的系统象一个整体 一样地振动，系统的最大振幅为（ ） A ．f k B ．

机械波知识点(全).

机械波的产生和传播 知识点一：波的形成和传播 （一）介质 能够传播振动的媒介物叫做介质。（如：绳、弹簧、水、空气、地壳等） （二）机械波 机械振动在介质中的传播形成机械波。 （三）形成机械波的条件 （1）要有 ；（2）要有能传播振动的 。 注意：有机械波 有机械振动，而有机械振动 能产生机械波。 （四）机械波的传播特征 （1）机械波传播的仅仅是 这种运动形式，介质本身并不随波 。 沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做 振动，因此波动的过程 是介质中相邻质点间依次“带动”、由近及远相继振动起来的过程，是 这种运动形式在介质中依次向外传播的过程。 对简谐波而言各质点振动的振幅和周期都 ，各质点仅在各自的 位置附近振动，并 随波动过程的发生而沿波传播方向发生迁移。 （2）波是传递能量的一种运动形式。 波动的过程也是由于相邻质点间由近及远地依次做功的过程，所以波动过程也是能量由近及远的 传播过程。因此机械波也是传播 的一种形式。 （五）波的分类 波按照质点 方向和波的 方向的关系，可分为： （1）横波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。凸起的 最高处叫 ，凹下的最底处叫 。 （2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。质点分 布最密的地方叫作 ，质点分布最疏的地方叫作 。 知识点二：描述机械波的物理量知识 （一）波长（λ） 两个 的、在振动过程中对 位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。 在横波中，两个 的波峰（或波谷）间的距离等于波长。 在纵波中，两个 的密部（或疏部）间的距离等于波长。 振动在一个 内在介质中传播的距离等于一个波长。 （二）频率（f ） 波的频率由 决定，一列波，介质中各质点振动频率都相同，而且都等于波源的频率。 在传播过程中，只要波源的振动频率一定，则无论在什么介质中传播，波的频率都不变。 （三）波速（v ） 振动在介质中传播的速度，指单位时间内振动向外传播的距离，即x v t ∆=∆。 波速的大小由 的性质决定。一列波在不同介质中传播其波速不同。 对机械波来说，空气中的波速小于液体中的波速，小于固体中的波速。 （四）波速与波长和频率的关系 v = 注意：一列波的波长是受 和 制约的，即一列波在不同介质中传播时，波长 不同。 知识点三：机械波的图象 （一）机械波的图象 波的传播也可用图象直观地表达出来。在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的 位置；用纵坐标表示某一时刻，各质点偏离 位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，

大学物理授课教案第十三篇机械波

第十三章 机械波 §13-1 机械波的产生和传播 一、常见机械波现象 1、水面波。 把一块石头投在静止的水面上，可见到石头落水处水发生振动，此处振动引起附近水的振动，附近水的振动又引起更远处水的振动，这样水的振动就从石头落点处向外传播开了，形成了水面波。 2、绳波。 绳的一端固定，另一端用手拉紧并使之上下振动，这端的振动引起邻近点振动，邻近点的振动又引起更远点的振动，这样振动就由绳的一端向另一端传播，形成了绳波。 3、声波。 当音叉振动时，它的振动引起附近空气的振动，附近空气的振动又引起更远处空气的振动，这样振动就在空气中传播，形成了声波。 二、机械波产生的条件 两个条件 1、波源。如上述水面波波源是石头落水处的水；绳波波源是手拉绳的振动端；声波波源是音叉。 2、传播介质。如：水面波的传播介质是水；绳波的传播介质是绳；声 波的传播介质是空气。 说明：波动不是物质的传播而是振动状态的传播。 三、横波与纵波 1、横波：振动方向与波动传播方向垂直。如 绳波。 2、纵波：(1)气体、液体内只能传播纵波，而固体内既能传播纵波又能传播横波。 (2)水面波是一种复杂的波，使振动质点回复到平衡位置的力不是一般弹性 力，而是重力和表面张力。 ⎪⎪⎪⎪⎩ ⎪⎪⎪ ⎪ ⎨⎧

(3）一般复杂的波可以分解成横波和纵波一起研究。 四、关于波动的几个概念 1、波线：沿波传播方向带箭头的线。 2、同相面（波面）：振动位相相同点连成的曲面。同一时刻，同相面有任意多个。 3、波阵面（或波前）：某一时刻，波源最初振动状态传播到的各点连成的面称为波阵面或波前，显然它是同相面的一个特例，它是离波源最远的那个同相面，任一时刻只有一个波阵面。（或：传播在最前面的那个同相面） 4、平面波与球面波 (1)平面波：波阵面为平面。 (2)球面波：波阵面为球面。 图13-1 *：在各向同性的介质中波线与波阵面垂直。 §13-2 波长、波的周期和频率波速 波长、波的周期、波的频率、波速是波动过程中的重要物理量，分述如下： 一、波长λ 波长λ:同一波线上位相差为π2的二质点间的距离（即一完整波的长度）。 在横波情况下，波长可用相邻波峰或相邻波谷之间的距离表示。如下图。 在纵波情况下，波长可用相邻的密集部分中心或相邻的稀疏部分中心之间的 距离表示。 二、波的周期T 图13-2

《大学物理教程》郭振平主编第十章 机械振动和机械波

第十章 机械振动和机械波 一、基本知识点 机械振动：物体在平衡位置附近的往复运动叫做。 胡克定律: 弹簧弹性力F 的大小与位移x 的大小成正比，而且F 的方向与位移方向相反，即 F kx =- 式中，k 为弹簧的劲度系数。具有这种性质的力称为线性回复力。 简谐振动的运动学方程: cos()x A t ωϕ=+ 式中A 为振幅，表示振动物体离开平衡位置的最大位移的绝对值；()t ωϕ+是决定简谐振动状态的物理量，称为在t 时刻振动的相位，单位是弧度()rad ；ϕ为初相位，是0t =时刻 的相位；ω= 角频率。 简谐振动的动力学方程: 22 20d x x dt ω+= 简谐振动的频率：振动物体在单位时间内完整振动的次数，单位是赫兹()Hz 。 简谐振动的周期：振动物体完成一次完整振动所经历的时间，单位是秒()s 。 关系：周期T 是频率ν的倒数；ω=2πν=2π/T 简谐振动物体的速度: sin()cos()2 dx A t A t dt πυωωϕωωϕ= =-+=++ 简谐振动物体的加速度:

22222cos()cos()d x a A t x A t dt ωωϕωωωϕπ==-+=-=++ 振幅： A = 初相位： arctan x υϕω-= 式中，0x 为t=0时刻的初始位移，0υ为t=0s 时刻的初始速度。 旋转矢量法: 用一个旋转矢量末端在一条轴线上的投影点的运动来表示简谐振动的方 法。以简谐振动的平衡位置O 作为x 轴的坐标原点，自O 点出发作一矢量A （其长度等于 简谐振动振幅A ）。设0t = 时刻，矢量A 与x 轴所成的角等于初相位ϕ。若矢量A 以角速度ω（其大小等于简谐振动角频率ω）匀速绕O 点逆时针旋转，则在任一时刻矢量A 末端在x 轴上的投影点P 相对原点的位移为cos()x A t ωϕ=+，显然，P 在x 轴上做简谐振动。如图10-1所示。 cos()x A t ωϕ=+ 图10-1 简谐振动的旋转矢量法 弹簧振子的弹性势能： 222211 cos ()22 p E kx mA t ωωϕ==+

大学物理 机械振动、机械波

一、填空 1、 弹簧振子系统中，弹簧劲度系数为k ，振子质量m ，振幅为A ，则振动系统周期为 ，则振动系统总能量为 。 2． 一个弹簧振子的振幅增加到原来的两倍时，下列物理量如何变化：最大速度变为原来的 倍；最大加速度变为原来的 倍。 3． 一个弹簧振子的振幅增加到原来的两倍时，下列物理量如何变化：振动能量变为原来的 倍；振动频率变为原来的 倍。 4、 一水平弹簧简谐振子的振动曲线如图所示，振子处在位移为零、速度为A ω-、加速度为零和弹性力为零的状态，对应于曲线上的______________点。振子处在位移的绝对值为A 、速度为零、加速度为-ω2A 和弹性力-kA 的状态，对应于曲线的_______________点。 5、 两列波的相干条件为： 、 、 相位差恒定。 6、 质点的振动方向与波的传播方向相垂直的波称为 。质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波称为 。 7、 产生机械波的条件是存在 、 。 8、 波动的能量和简谐运动的能量有显著的不同。在简谐振动中，动能和势能的相位差为 弧度，但在波动中，动能和势能相位之间的关系是 。 9、频率为500 Hz 的平面简谐波，其波速为300 m·s -1，相位差为2π的两点之间的距离为 。 10、观察者不动，波源向观察者靠近时，观察者的接收频率要 波源的发射频率；当波源不动，观察者向波源靠近时，观察者的接收频率要 波源的发射频率。 二、选择题 1． 一个简谐振动的振动曲线如图，此振动的周期为（ ）。 A. 12 s B. 10 s C. 14 s D. 11 s 2． 质点作周期为T ，振幅为A 的简谐振动，则质点由平衡位置到离平衡位置A/2处所需的最短时间是（ ） A ．4T B ．6T C ．8T D ．12 T A -

大学物理电子教案-机械振动和机械波

机械振动和机械波 内容： 简谐振动及叠加 阻尼振动、受迫振动和共振 机械波、波动方程 波的能量 波的能流 波的干涉、驻波 多普勒效应 4.1 简谐振动 4.1.1简谐振动简谐振动的基本特征 简谐振动是最基本最简单的振动，是振动的理想模型简谐振动通常指一维谐振动，又常称简谐运动。常见的简谐振动有弹簧振子、单摆等.下面以弹簧振子为例来说明简谐振动的基本特征。 F =-kx 22d x F ma m dt == 220d x k x m dt += 令2k m ω=，它是由系统自身特性所决定的常量， 2220d x x dt ω+= cos()x A t ωϕ=+ 4.1.2描述简谐振动的特征量 通常描述简谐振动的特征量有振幅、周期（或频率）和相位三个，它们三个合称为简谐振动的三要素. 1.振幅 它表示物体在简谐振过过程中，离开平衡位置的最大距离，有正负之分.在式 cos()x A t ωϕ=+ 2.周期和频率 周期：振动物体完成一次振动所经历的时间，用T 表示.在国际单位制中，其单位为秒（s ）

2T π ω= 频率：振动物体在单位时间内完成的振动的次数，用ν表示.在国际单位制中，其单位为赫兹（H z ）.由定义可知，其与周期T 成倒数关系，即 1T ν= 2ωνπ= 22T πωπν== 3.相位 振动系统的运动状态与物理量（t ωϕ+）紧密相关，在物理学中，我们就把决定振动系统运动状态的物理量（t ωϕ+）称为相位，并且规定当t=0时的相位（ϕ）为初相位.相位的单位为弧度（rad ）. 简谐振动的位移和速度可以表示为 00cos sin x A v A ϕϕ=⎫⎬=-⎭ 00arctan()A v x ϕω⎫=⎪⎪⎬⎪=-⎪⎭ 4.1.3谐振动的矢量图解 为了直观地描述简谐振动表达式中的Ａ，ω，φ三个物理量的意义 0cos x A ϕ= 在t =t 1时刻，矢量a 与x 轴的夹角为1()t ωϕ+，那么这时投影点p 相对于坐标原 点O 的位移可以表示为 11cos()x A t ωϕ=+ 4.1.4简谐振动的复数解法 cos()cos()sin()i t x Ae A t i t ωϕωϕωϕ+==+++ 复数x 的实部就表示简谐量x ，并且在时间t 的不断变化中，简谐量的振幅和相位分别时刻与复数的模和辐角相对应。 4.1.5简谐振动的能量 作简谐振动的系统，由于物体运动而具有动能，由于弹簧形变而具有弹性势能，也就是说在简谐振动系统中有多种能量存在，那么它们之间的关系如何呢？本节仍以水平放置的弹簧振子为例，讨论简谐振动系统的能量特征。 假设在简谐振动系统中，弹簧振子的速度和位移分别为