9.机械振动 机械波

高中物理重难点及高考题解——机械振动 机械波

【答案】B、D、C、A、D、B、C、A

【例题】如图所示，一列简谐横波在图中x轴上传播，a、b是其中相距为0.3m的两点，在某时刻a点质元正位于平衡位置向上运动，b点质元恰好运动到下方最大位移处，已知横波的传播速度为60 m/s，波长大于0.3m，则：(2001年，广东)

A. 若该波沿x轴负方向传播，则频率为150 Hz B. 若该波沿x轴负方向传播，则频率为100 Hz C. 若该波沿x轴正方向传播，则频率为75 Hz D. 若该波沿x轴正方向传播，则频率为50 Hz

【分析】

【题解】

【答案】A、D

六. 波的叠加 波的干涉 衍射现象

几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们的重叠区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移高于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。

频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域互相隔开，这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫做干涉图样。

波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫波的衍射。

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1.波的干涉 (1)波的叠加：

在波的传播方向上，某质点的振动是由这一点前面(距振源近的一侧)的质点提供的驱动力来实现的，如果有两列波同时传播到这一点，即两列波在该点相遇，那么两列波在该点引起的振动的位移等于各自单独引起位移的矢量和。如果振动方向相同或相反，那么合振动的方向便决定于振动移位大的振动。

(2)波的干涉：

为了得到稳定的叠加图样，两列波必须满足一定的条件。这些条件叫相干条件，满足相干条件的波叫做相干波，相干波的波源叫做相干波源。所谓稳定的干涉图样是指在介质中某些位置的质点，振动的振幅始终最大，在另一些位置的质点，振动的振幅始终最小，在其他位置，振动的强弱介乎二者之间，保持不变。 人们把这种稳定的叠加现象称之为干涉现象。

两列波的相干条件：

一是两个波源具有相同的频率，即两列波的波长必须相同。 二是两列波的相位差必须保持不变，或具有相同的相位。 干涉是波特有的现象。 2.波的衍射

波在向前传播过程中遇到障碍物时，传播方向不再沿直线而是发生了弯曲，绕过障碍物后继续传播，这种现象叫做波的衍射现象。之所以能够发生波的衍射现象，是由于在波所到达的区域，所有质点都参与了振动。

波的衍射程度和障碍物的大小有关。 所谓障碍物的大小是相对于波长来说的。发生明显衍射现象的条件是缝、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。 衍射也是波特有的现象。

【难点突破】

两列相干波相遇并产生干涉现象时，振动加强的质点永远加强，振动减弱的质点永远减弱。 但是要注意振动加强的质点不是位移永远最大，而是振幅最大，振动减弱的质点不是位移永远最小，而是振幅最小。

【例题】如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波的波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab=bc。某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点。 则：

A. a处质点的位移始终为2A B. c处质点的位移始终为-2A C. b处质点的振幅为2A D. c处质点的振幅为2A 【分析】

【题解】

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【答案】C、D

【例题】如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是：

A. 增大波源的频率 B.减小波源的频率

C.将N板向上移动一些 D.将N板向下移动一些 【分析】

【题解】

【答案】B、C

七.声波 超声波及其应用 多普勒效应

声源的振动，使周围的空气发生疏密相间的纵波，叫做声波。 频率高于20000 Hz的声波称为超声波。 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叫做多普勒效应。

1.声波 (1)声源：

各种振动着的发声物体，都是声源。 例如各种乐器上的弦或片，由于人的弹拨或气流的冲击而产生了振动，同时发出了声响。

(2)声波：

在声源周围存在着的空气，声源的振动，使周围的空气产生了疏密变化，形成了疏密相间的纵波，这就是声波。 声波将声源振动的能量传入人的耳朵，使耳膜发生振动，人就听到了声音。但是，人的听觉是有一定范围的。这个范围约在20～20000 Hz之间。

(3)声速：

声波是纵波，所以它能够在固体、液体和气体中传播，但传播速度不同。声波在介质中的传播速度称为声速。声速决定于介质的性质以及介质的温度。一般情况下，声波在固体中传播速度最大，在气体中最小，在液体中介于以上两者之

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间。常温下，经常取为340 m/s。

(4)反射：波在传播过程中碰到障碍物反射回来的现象叫声波的反射。反射回来的声波传到耳朵里，就形成回声。

(5)衍射：

声波的波长约在0.017～17 m之间，因此在自然界里声波很容易发生衍射现象。

(6)干涉：

声波在符合机械波的相干条件后也能发生干涉现象，在空间的不同区域，空气的振幅不同，形成了加强区和减弱区。

2.超声波及其应用

(1)超声波的频率高于人能感觉到的声音频率的上限20000 Hz，波长则低于人能感觉到的声波波长的下限0.017 m。 由于超声波的波长很短，因此在自然界里的衍射现象不明显，基本上是沿直线传播的。

(2)利用超声波的直线传播可以进行测量和定位；超声波的穿透能力很强，可以用来探伤；利用超声波使一些动物具有发现目标，确定方位的生物本领。

3.多谱勒效应

波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。 如果波源和观察者相对于介质都是静止的，那么观察者接收到的频率高于波源的频率。当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。这种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，就是多普勒效应。多普勒效应是波动过程共同的特征。

【例题】某测量员是这样利用回声测距离的： 他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00秒钟第一次听到回声，又经过0.50秒钟再次听到回声。已知声速为340 m/s，则两峭壁间的距离为_____m。 (2001年，全国)

【分析】

【题解】

【答案】425

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【例题】如图所示，在直线PQ垂线OM上有AB两个声源，A、B分别距O点6 m和1 m，两个声源同时不断向外发出波长都为2 m的完全相同的声波，在直线PQ上，从-∞到+∞的范围内听不到声音的小区域共有：

A.无穷多个 B. 5个 C. 4个 D. 3个 【分析】

【题解】

【答案】D

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