高考:機械波和電磁波既相似又不同

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　　介質中機械振動的傳播稱為機械波(mechanical wave)。機械波和電磁波既相似又不同。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，不同介質的傳播速度不同，不能在真空中傳播，而電磁波（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；機械波和電磁波的許多物理性質，例如：折射、反射等都是一樣的，描述它們的物理量也是一樣的。常見的機械波有：水波、聲波、地震波。

　　機械振動產生機械波，機械波的傳輸必須有介質，有機械振動，但不一定有機械波。

　　形成條件

　　波源

　　波源，又稱振源，是指能夠保持振動傳播、連續輸入能量和發出波的物體或物體的初始位置。波源不僅是機械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。

　　波源可以被認為是第一個開始振動的質點。波源開始振動后，介質中的其他質點被波源的頻率所迫，波源的頻率等于波的頻率。

　　介質

　　廣義的介質可以是另一種含有一種物質的物質。在機械波中，介質是指機械波傳播的物質。機械波不會只產生波源而沒有介質。例如，真空中的鬧鐘不能發出聲音。介質中機械波的傳播速率取決于介質本身的固有性質。波速因介質而異。

　　下表給出了0℃當聲波在不同媒體上的傳播速度時，數據取自《普通高中課程標準實驗教材-物理(選修3-4)》(2023年)[1]。v/m·s^-1

　　傳播方式和特點

　　質點的運動

　　在機械波的傳播過程中，每個質量點只有上下（左右）的簡單諧振動，即質量本身不會隨著機械波的傳播而前進，也就是說，機械波的一個質量點運動是沿著一條水平直線進行的。例如，人類的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。簡單的諧振動等振動，理想狀態可視為能量守恒運動.阻尼振動是能量逐漸喪失的運動.

　　為了說明傳播過程中機械波質量運動的特點，以繩波(右下圖)為例，其他形式的機械波也是[1]。

　　繩波是一種簡單的橫波。在日常生活中，當我們拿起繩子的一端抖動時，我們可以看到一個波形在繩子上傳播。如果我們繼續定期上下搖晃，就會形成繩波[1]。

　　將繩子分成許多小部分，每個小部分都被視為一個質點，相鄰兩個質點之間有彈性相互作用。第一個質點在外力作用下振動后，會帶動第二個質點振動，但質點二的振動落后于前者。這樣，前一個質點的振動驅動后一個質點的振動依次驅動，振動就會發生區域向遠處傳播，從而形成繩波。如果在繩子上取一點紅布條，我們也可以發現紅布條只是上下振動，沒有隨波前進[1]。

　　因此，我們可以發現介質中的每個質點在波傳播中只做簡單的諧振動（上下或左右），機械波可以被視為一種運動傳播，質點本身不會沿波傳播的方向移動。

　　判斷質點運動方向的方法有很多，比如比較前一個質點運動；也可以使用"下坡，下坡"判斷，即沿波的傳播方向，向上遠離平衡位置的質點，向下遠離平衡位置的質點。

　　機械波傳播的本質

　　在機械波傳播過程中，介質中相對靜態的質點隨著機械波的傳播而振動，這表明這些質點獲得了能量，從波源通過前面的質依次傳遞。因此，機械波傳播的本質是能量傳播，它可以非常小或大，海洋的潮汐能甚至可以用來發電，這是維持機械波（水波）傳播的能量轉化為電能。

　　機械波

　　介質中機械振動的傳播稱為機械波。機械波和電磁波既相似又不同。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，不同介質的傳播速度不同，不能在真空中傳播，而光波等電磁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；機械波和電磁波的許多物理性質，例如：折射、反射等都是一樣的，描述它們的物理量也是一樣的。常見的機械波有：水波、聲波、地震波。

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