高二物理选修3-4第十二章_机械波(人教版)知识复习提纲

1高中物理选修3-4知识点总结：第十二章机械波（人教版）第十二章：机械波这一章主要是对波进行研究学习，从波的成因到机械波的有关参数。这一章中最重要的一点就是如何从图像上得到有关波的各项参数，还要求能过绘制波的图形。关于波的反射、折射、衍射和干涉都是比较重要的内容，重在理解。在本章末的多普勒效应是声波的一个实际的运用，掌握其中的物理原理。考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。要求Ⅰ：机械波、横波、纵波、波的干涉、波的衍射和多普勒效应等有关的内容。要求Ⅱ：波的图像、波速与波长以及周期之间的关系等有关的知识。知识网络：内容详解：一、波的形成和传播：●机械波：机械振动在介质中的传播过程叫机械波。●机械波产生的条件有两个：①要有做机械振动的物体作为波源。②是要有能够传播机械振动的介质。●横波和纵波：①质点的振动方向与波的传播方向垂直的叫横波。②质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的叫纵波。气体、液体、固体都能传播纵波，但气体和液体不能传播横波，声波在空气中是纵波，声波的频率从20到2万赫兹。●机械波的特点：①每一质点都以它的平衡位置为中心做简振振动，后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动。2②波只是传播运动形式和振动能量，介质并不随波迁移。振动和波动的比较：两者的联系：振动和波动都是物体的周期性运动，在运动过程中使物体回到原来平衡位置的力，一般来说都是弹性力，就整个物体来看，所呈现的现象是波动。而对构成物体的单个质点来看，所呈现的现象是振动，因此可以说振动是波动的起因，波动是振动在时空上的延伸，没有振动一定没有波动，有振动也不一定有波动，但有波动一定有振动。二者的区别：从运动现象来看：振动是一个质点或一个物体通过某一中心，平衡位置的往复运动，而波动是由振动引起的，是介质中大量质点依次发生振动而形成的集体运动。从运动原因来看：振动是由于质点离开平衡位置后受到回复力的作用，而波动是由于弹性介质中某一部分受到扰动后发生形变，产生了弹力而带动与它相邻部分质点也随同它做同样的运动，这样由近及远地向外传开，在波动中各介质质点也受到回复力的作用。从能量变化来看：振动系统的动能与势能相互转换，对于简谐运动，动能最大时势能为零，势能最大时动能为零，总的机械能守恒，波在传播过程中，由振源带动它相邻的质点运动，即振源将机械能传递给相邻的质点，这个质点再将能量传递给下一个质点，因此说波的传播过程是一个传播能量的过程，每个质点都不停地吸收能量，同时向外传递能量，当波源停止振动，不再向外传递能量时，各个质点的振动也会相继停下来。二、波的图像：●用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移。简谐波的图像是正弦曲线，也叫正弦波。●简谐波的波形曲线与质点的振动图像都是正弦曲线，但他们的意义是不同的。波形曲线表示介质中的“各个质点”在“某一时刻”的位移，振动图像则表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移。由某时刻的波形图画出另一时刻的波形图：平移法：先算出经时间Δt波传播的距离Δx=vΔt，再把波形沿波的传播方向平移Δx即可。因为波动图像的重复性，若已知波长，则波形平移，则波形平移，时波形不变。当Δx=nλ+x时,可采取去整nλ留零x的方法,只需平移x即可。特殊点法：在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与相邻的波峰、波谷点，先确定这两点的振动方向，再看Δt=nT+t由于经nT波形不变,所以也采取去整nT留零t的方法,分别作出两特殊点经t后的位置,然后按正弦规律画出新波形。三、波长、波速和频率（周期）的关系：●描述机械波的物理量①波长：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。②频率f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率保持不变。③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。●波速与波长和频率的关系：四、波的反射和折射波的干涉和衍射:●两个概念：波线和波面。3①波面：运动状态相同的点构成的一个球面就是波面。②波线：与波面垂直的线就是波线。●惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。●波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射。①反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。②入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角。反射波的波线与平面法线的夹角i’叫做反射角。③反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。波遇到两种介质界面时，总存在反射●波的折射：①波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。②折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。③折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比。当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同。●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：①画峰谷波形图，峰峰或谷谷相遇增强，峰谷相遇减弱。②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。4干涉和衍射是波所特有的现象。振动加强点和减弱点的判断方法：!条件判断法：!现象判断法：五、多普勒效应：●由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应。●多普勒效应的成因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。●多普勒效应的应用:①现代医学上使用的胎心检测器、血流测定仪等有许多都是根据这种原理制成。②根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等。③红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红衣现象”，所谓“红衣现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释：由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动。科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。