高考第一輪復習資料:機械波和電磁波既有相似之處,也有不同之處

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介質中機械振動的傳播稱為機械波(mechanical wave)。機械波和電磁波既有相似之處，也有不同之處。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，根本無法在真空中傳播，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、反射等是一致的，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，機械波的傳遞必須有介質，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、不間斷輸入能量、發出波的物體或物體的初始位置。波源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迫振動波源的頻率，波源的頻率等于波的頻率。

介質

從廣義上講，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。當只有波源而沒有介質時，機械波就不會產生。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由介質本身的固有性質決定。在不同的介質中，波速是不同的。

當下表給出0℃時，聲波在不同介質中的傳播速度取自《普通高中課程標準實驗教科書-物理(選修課3-4)》(2023年)[1]。單位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，每個質點只做上下（左右）的簡單諧振動，即質點本身并不隨著機械波的傳播而前進，也就是說，機械波的一個質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嘴。簡單的諧振振動做同等振動，理想狀態可視為能量守恒運動。阻尼振動是能量逐漸流失的運動.

為了說明機械波在傳播過程中質點運動的特點，以繩波（右下圖）為例，其他形式的機械波也是如此[1]。

繩波是一種簡單的水平波。在我們的日常生活中，我們拿起繩子的一端搖晃，我們可以看到一個波形在繩子上傳播。如果我們連續上下搖晃，就會形成繩波[1]。

將繩子分成許多小部分，每一小部分都被視為一個質點，相鄰的兩個質點之間有彈性的相互作用。第一個質點在外力作用下振動后，會帶動第二個質點振動，但第二個質點的振動落后于前者。這樣，前一個質點的振動驅動后一個質點的振動，依次驅動，振動發生在遠處，從而形成繩波。如果在繩子上放一點紅布條，我們也可以發現紅布條只是上下振動，沒有隨波逐流[1]。

因此，我們可以發現，介質中的每個質點在波傳播過程中只做簡單的諧振動（可以是上下或左右）。機械波可以看作是一種運動形式的傳播，質點本身不會沿著波的傳播方向移動。

判斷質點運動方向的方法有很多，比如比較前一個質點的運動；也可以用“上坡下坡”來判斷，即沿著波的傳播方向，遠離平衡位置的質點向下運動，遠離平衡位置的質點向上運動。

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，這是從波源通過前質點傳遞的。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。機械波和電磁波既有相似之處，也有不同之處。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也不同，根本無法在真空中傳播。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、反射等是一致的，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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