第四章 D 机械波的产生

在日常生活中，同学们经常会听到水波、声波、电磁波等名词。在初中阶段，大家已经学习了关于声波的初步知识。下面让我们先来回忆常见的产生波的例子。如果你去寺庙撞一座大钟，大钟就会发出深沉的钟声；歌唱家引吭高歌，我们就会听到动人的歌声。图4-29中—位姑娘在溪边浣纱，抖动的纱巾呈现波形；纱巾在水中扰动，形成水波；晾在绳上的纱巾被风吹动，出现波纹。我们还可以举出很多其他的例子，在各种波的实例中，水波和声波都是机械振动在介质中的传播，叫做机械波，简称波。

大家谈

请你举出其他波的实例。其中有哪些是机械波？

机械波是如何产生的呢？

让我们先观察一个实验，把细绳的一端固定在墙上，用手握住另一端连续地上下振动，见图4-30，观察这个振动在细绳上传播并形成一列波的过程，注意细绳上每一个部分是怎样运动的。把一个光滑小圆环套在细绳上，注意观察套在细绳上的小圆环是否随波前进。

1．机械波（mechanical wave）的形成

机械振动在介质中由近及远的传播就形成了机械波。

为了分析波的产生过程，我们把细绳的每一小段都简化为一个质点，于是整根细绳就可被看作许多互相有联系的质点。当手握住细绳的一端上下振动时，细绳端点的振动就会带动端点附近各质点的振动，附近各点的振动又带动较远质点的振动，于是就形成在细绳由近及远传播的波。可见，波传递的是运动形式和能量。

大家谈

上述实验中光滑小圆环是否沿着细绳向前“传播”？这个现象说明什么？

根据你对绳波实验的观察，请在下面的“自主活动”中用作图方法显示出绳波产生的过程。

自主活动

图4-31中己画出了t＝0、t＝$\frac{1}{4}$T和t＝$\frac{1}{2}$T时刻的波形，波形上的小箭头表示该时刻质点运动的方向，T是绳端的振动周期。请你继续画出t＝$\frac{3}{4}$T、t＝T和t＝$\frac{5}{4}$T时刻的波形。

有了振动就一定会形成波吗？

在初中我们就知道，声波在真空中是不能传播的。不仅声波要有介质才能传播，一切机械波都需要有介质才能传播。而且，在不同的介质里，同一种机械波的传播速度是不同的。因此机械波产生和传播的条件有两个，一是要有波源，二是要有介质。

2．机械波产生和传播的条件

（1）波源。

波源是产生机械振动的物体。

（2）介质。

介质是传播机械振动的物质。

声波是我们熟悉的机械波，而音乐则是通过有组织的乐音构成的艺术形式。虽然每个人对音乐的理解和感受不尽相同，但是大多数人对“好听”和“难听”的基本判断却是相近的。例如，在相同的技术水准下，重唱要比齐唱好听，和弦要比单音好听。下面我们运用学过的振动和波的知识，来探究组成和弦的各单音间的频率关系。

探索研究

和弦中各单音的频率关系

【阅读】

一组乐音按音调高低的次序排列就形成音阶，音阶中每个音都有自己的音名和唱名。西洋乐制中7个基本音名是C、D、E、F、G、A、B，在歌唱时为了便于发音和区分音高，常用7个拉丁文的音节代表不同的音，这7个拉丁文音节就是大家熟悉的do、re、mi、fa、sou、la、si，叫做唱名。C调唱名和音名的关系见下表：

某些三个以上的音同时发音要比一个单音好听得多，叫做和弦。例如do、mi、sou同时发音就是大三和弦，re、fa、la同时发音就是小三和弦。

【任务】

阅读以上资料，并用DIS声学教学软件探究组成和弦的各单音频率间的关系。要求：

（1）测出组成和弦的各单音频率。

（2）分别确定大三和弦与小三和弦中各单音频率间的关系。

【器材】

DIS声学教学软件、全套7个音叉、计算机。

【设计】

1．数据表

2．分工：___________________________________________________。

3．步骤：___________________________________________________。

【结论】

______________________________________________________________。

在图4-30所所示的实验中，可以明显地看到细绳上的波在传播时以凹凸相间的形状向前推进，凹下部分的最低处叫做波谷，凸起部分的最高处叫做波峰。如果观察仔细的话，我们还可以看到细绳上各点振动的方向是竖直的，而波的传播的方向是水平的，也就是说介质质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，这种波叫做横波，除了横波外，还有其他形式的机械波。

3．横波（transversal wave）

介质质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，这样的波叫做横波。

STS

地震波

地震波是由于地壳内某处岩层受到挤压而突然破裂，引起周围地壳强烈振动而产生的。发生岩层破裂的地方就是震源。震源上方地表的那一点叫震中。地震波很复杂，其中包含横波。地震波传到地球表面后就会沿地表传播。全世界每年平均发生500万次以上的地震，其中约有20余次的大地震会产生强烈的破坏作用。2008年5月12日，我国四川省汶川县发生了强烈地震。图4-32所示是地震后的建筑遭到破坏的情况。

一方面，地震可能会带来破坏，我们要加强防范；另一方面，通过对地震波的分析，人们可以了解地壳内部的结构。因此，有时可利用人为的方法产生没有危害的小范围地震，通过对人造地震波的分析来勘探石油、天然气以及研究地球内部结构等。

发布时间：2016/3/25 下午3:00:21  阅读次数：2287