急求！關(guān)于高二物理 振動波的相關(guān)概念問題！在線等！

【專家解說】：機械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機械波。 機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)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。機械波與電磁波的許多物理性質(zhì)，如：折射、反射等是一致的，描述他們的物理量也是相同的。 常見的機械波有：水波聲波、地震波。 形成與傳播 形成條件 波源 波源也稱振源，指能夠維持振動的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。 波源可以認(rèn)為是第一個開始振動的質(zhì)點，波源開始振動后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點就以波源的頻率做受迫振動，波源的頻率等于波的頻率。 介質(zhì) 廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。在機械波中，介質(zhì)特指機械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時，機械波不會產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的[1]。 下表給出了0℃時，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書-物理（選修3-4）》(2005年)。單位v/m·s^-1[1]。 介質(zhì) 空氣 純水 鹽水 橡膠 軟木 銅 鐵 波速 332 1490 1531 30～50 480 3800 4900 傳播方式與特點 質(zhì)點的運動 機械波在傳播過程中，每一個質(zhì)點都只做上下（左右）的簡諧振動，即，質(zhì)點本身并不隨著機械波的傳播而前進(jìn)，例如：人的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。 為了說明機械波在傳播時質(zhì)點運動的特點，現(xiàn)已繩波（右下圖）為例進(jìn)行介紹，其他形式的機械波同理。 繩波繩波是一種簡單的橫波，在日常生活中，我們拿起一根繩子的一端進(jìn)行一次抖動，就可以看見一個波形在繩子上傳播，如果連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性上下抖動，就形成了繩波。 把繩分成許多小部分，每一小部分都看成一個質(zhì)點，相鄰兩個質(zhì)點間，有彈力的相互作用。第一個質(zhì)點在外力作用下振動后，就會帶動第二個質(zhì)點振動，只是質(zhì)點二的振動比前者落后。這樣，前一個質(zhì)點的振動帶動后一個質(zhì)點的振動，依次帶動下去，振動也就發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點系上紅布條，我們還可以發(fā)現(xiàn)，紅布條只是在上下振動，并沒有隨波前進(jìn)。 由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個質(zhì)點，在波傳播時，都只做簡諧振動（可以是上下，也可以是左右），機械波可以看成是一種運動形式的傳播，質(zhì)點本身不會沿著波的傳播方向移動。 機械波傳播的本質(zhì) 在機械波傳播的過程中，介質(zhì)里本來相對靜止的質(zhì)點，隨著機械波的傳播而發(fā)生振動，這表明這些質(zhì)點獲得了能量，這個能量是從波源通過前面的質(zhì)點依次傳來的。所以，機械波傳播的實質(zhì)是能量的傳播，這種能量可以很小，也可以很大，海洋的潮汐能甚至可以用來發(fā)電，這是維持機械波（水波）傳播的能量轉(zhuǎn)化成了電能。 惠更斯原理(Huygens principle) 惠更斯原理用于解釋球面波和平面波的傳播，此外還可以解釋波的反射、衍射的現(xiàn)象 在總結(jié)許多實驗的基礎(chǔ)上，荷蘭科學(xué)家惠更斯提出：介質(zhì)中波陣面上每一個點（有無數(shù)個）都可以看成一個新的波源，這些新的波源發(fā)出的子波。經(jīng)過一定時間后，這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時刻的波面[1][2]。 惠更斯原理根據(jù)惠更斯原理，我們可以解釋球面波的波面是怎樣形成的，右圖中，點波源O發(fā)出的波在t時刻的波面是一個球面S，該球面上每一個點都可以看成一個新的點波源，它們各自向前發(fā)出球面子波，下一時刻（t+△t）新的波面S'，就是這些子波波面相切的包絡(luò)面；平面波同理[1]。 惠更斯原理的局限 ①沒有說明子波的強度分布問題； ②沒有說明波為什么只能向前傳播，而不向后傳播的問題。 后來，菲涅耳對惠更斯原理作了重要的補充，形成惠更斯-菲涅耳原理，這些缺陷才被克服[2]。 基本分類 橫波與縱波 隨著機械波的傳播，介質(zhì)中的質(zhì)點振動起來。根據(jù)質(zhì)點的振動方向和波傳播的傳播方向之間的關(guān)系，可以把機械波分為橫波和縱波兩類。 橫波(transverse wave) 物理學(xué)中把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波，稱作橫波。在橫波中，凸起的最高處稱為波峰，凹下的最低處稱為波谷[1]。 繩波是常見的橫波。 縱波(longitudinal wave) 物理學(xué)中把質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向在同一直線的波，稱作縱波。質(zhì)點在縱波傳播時來回振動，其中質(zhì)點分布最密集的地方稱為密部，質(zhì)點分布最稀疏的地方稱為疏部。 聲波是常見的縱波 描述方式 圖像描述（波形曲線） 如果在繩子波動的某個時刻拍下照片，就能得到該時刻的波形。這個波形是由同一時刻具有不同位移的繩上各質(zhì)點組成的。如果在波形上添加一個坐標(biāo)系，就可以得到該時刻這個波的圖像。用橫坐標(biāo)x表示沿波傳播方向上各個質(zhì)點的平衡位置，用縱坐標(biāo)y表示各個質(zhì)點離開平衡位置的大小，規(guī)定位移方向向上為正值。在坐標(biāo)平面上，以某一時刻各個質(zhì)點的x、y值描出各對應(yīng)點，在用光滑的曲線連接起來，就得到該時刻波的圖像，也稱波形曲線或波形。在波的圖像上，通常用箭頭表示出波的傳播方向。 波形曲線與振動圖像有差別，振動圖像是振動物體在不同時刻的位移，而波形曲線則是一個特定時刻所有質(zhì)點的位移。 波形曲線上，我們可以讀出同一時刻所有質(zhì)點的位移、方向，以及波長、周期等物理量。 簡諧波的波形曲線簡諧波(simple harmonic wave) 如果介質(zhì)中各個質(zhì)點做簡諧運動，它所形成的波就是一種最基本、最簡單的波，稱為簡諧波，它的波形是正弦（或余弦）曲線。其他波可以看成是若干個簡諧波合成的。 物理量描述 描述機械波的物理量同樣適用于電磁波，因此，這里“機械波”簡稱“波” 波長(wave length) 沿著波的傳播方向，兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質(zhì)點間的距離稱作波長，常用λ表示。在橫波中，波長等于“波峰-波峰”的長度或“波谷-波谷”的長度；在縱波中，波長等于“密部-密部”或“疏部-疏部”的長度。 頻率與周期 波上任意一個質(zhì)點完成一次全振動所需時間稱為周期，常用T表示；介質(zhì)中的質(zhì)點每秒完成全振動的次數(shù)叫做波的頻率，常用f表示。頻率是周期的倒數(shù)。 波速(wave speed) 波速為波長和頻率的乘積（v=λf），表示波在的傳播速度。機械波在特定介質(zhì)中的傳播速度是固定的 物理性質(zhì) 機械波的物理性質(zhì)同樣適用于電磁波，因此，這里“機械波”簡稱“波” 波的折射(refraction of wave) 在物理學(xué)中，我們把波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為折射。 在波的折射中入射波的波線與法線的夾角稱為入射角，用i表示；折射波的波線與法線的夾角叫做折射角，用r表示[1]。 折射定律 進(jìn)一步研究表明，波在發(fā)生折射時，入射角與折射角存在如下關(guān)系 (sin1)/(sin2)＝v1/v2＝λ1/λ2 v為波速；λ為波長 這一定律在光學(xué)中被稱作斯涅耳定律。 波的反射(reflection of wave) 在物理學(xué)中，把波遇到障礙時反射回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱為波的反射。 反射定律 反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線與入射波線分別位于法線兩側(cè)，入射角等于反射角。 波的干涉(interference of wave) 球面波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象叫做波的干涉。 產(chǎn)生干涉的一個必要條件是，兩列波的頻率必須相同或者有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質(zhì)點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區(qū)域，因而不能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，不能形成干涉圖樣。 兩列波的相干條件是： ①頻率相同 ②振動方向相同 ③相位相同或相位差恒定 波的疊加原理 波的疊加原理包含了兩點： ①各波源所激發(fā)的波可以在同一介質(zhì)中獨立地傳播，它們相遇后再分開，其傳播情況（頻率、波長、傳播方向、周相等）與未遇時相同，互不干擾，就好像其他波不存在一樣； ②在相遇區(qū)域里各點的振動是各個波在該點所引起的振動的矢量和. 波的衍射(diffraction of wave) 波的衍射衍射是波的特有現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射. ①波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射. ②觀察到明顯衍射的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象. ③相對于波長而言，障礙物的線度越大衍射現(xiàn)象越不明顯，障礙物的線度越小衍射現(xiàn)象越明顯。 多普勒效應(yīng) 水波的多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。多普勒認(rèn)為，物體輻射的波長因為光源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 (藍(lán)移 (blue shift))。在運動的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低 (紅移 (red shift))。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光波紅/藍(lán)移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運動的速度。除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現(xiàn)象 (包括光波) 都存在多普勒效應(yīng)。