霍爾電壓是怎么形成的

　　機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)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。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹機(jī)械波的相關(guān)知識。

　　機(jī)械波形成的原因：

　　機(jī)械波與機(jī)械振動的關(guān)系

　　機(jī)械振動產(chǎn)生機(jī)械波，機(jī)械波的傳遞一定要有介質(zhì),有機(jī)械振動但不一定有機(jī)械波產(chǎn)生。

　　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(jī)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(diǎn)，波源開始振動后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)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(jī)械波中，介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時(shí)，機(jī)械波不會產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機(jī)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。

　　傳播方式

　　質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動

　　機(jī)械波在傳播過程中，每一個質(zhì)點(diǎn)都只做上下(左右)的簡諧振動，即，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨著機(jī)械波的傳播而前進(jìn)，也就是說，機(jī)械波的一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動是沿一水平直線進(jìn)行的。例如：人的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動做等幅震動,理想狀態(tài)下可看作做能量守恒的運(yùn)動.阻尼振動為能量逐漸損失的運(yùn)動。

　　為了說明機(jī)械波在傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的特點(diǎn)，現(xiàn)已繩波(右下圖)為例進(jìn)行介紹，其他形式的機(jī)械波同理。

　　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[2] 。

　　把繩分成許多小部分，每一小部分都看成一個質(zhì)點(diǎn)，相鄰兩個質(zhì)點(diǎn)間，有彈力的相互作用。第一個質(zhì)點(diǎn)在外力作用下振動后，就會帶動第二個質(zhì)點(diǎn)振動，只是質(zhì)點(diǎn)二的振動比前者落后。這樣，前一個質(zhì)點(diǎn)的振動帶動后一個質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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)[2] 。

　　由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個質(zhì)點(diǎn)，在波傳播時(shí)，都只做簡諧振動(可以是上下，也可以是左右)，機(jī)械波可以看成是一種運(yùn)動形式的傳播，質(zhì)點(diǎn)本身不會沿著波的傳播方向移動。

　　對質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向的判定有很多方法，比如對比前一個質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動;還可以用“上坡下，下坡上”進(jìn)行判定，即沿著波的傳播方向，向上遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動，向下遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動。

　　傳播本質(zhì)

　　在機(jī)械波傳播的過程中，介質(zhì)里本來相對靜止的質(zhì)點(diǎn)，隨著機(jī)械波的傳播而發(fā)生振動，這表明這些質(zhì)點(diǎn)獲得了能量，這個能量是從波源通過前面的質(zhì)點(diǎn)依次傳來的。所以，機(jī)械波傳播的實(shí)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(jī)械波(水波)傳播的能量轉(zhuǎn)化成了電能。

　　惠更斯原理

　　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(shí)驗(yàn)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(diǎn)(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(shí)間后，這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時(shí)刻的波面[2] 。

　　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(diǎn)波源O發(fā)出的波在t時(shí)刻的波面是一個球面S1，該球面上每一個點(diǎn)都可以看成一個新的點(diǎn)波源，它們各自向前發(fā)出球面子波，下一時(shí)刻(t+△t)新的波面S2，就是這些子波波面相切的包絡(luò)面;平面波同理。

　　惠更斯原理的局限

　?、贈]有說明子波的強(qiáng)度分布問題;

　?、跊]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(bǔ)充，形成惠更斯-菲涅耳原理，這些缺陷才被克服。

　　機(jī)械波的分類：

　　概述

　　隨著機(jī)械波的傳播，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)振動起來。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波傳播的傳播方向之間的關(guān)系，可以把機(jī)械波分為橫波和縱波兩類。

　　橫波

　　物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)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。

　　繩波是常見的橫波 。

　　縱波

　　物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)在縱波傳播時(shí)來回振動，其中質(zhì)點(diǎn)分布最密集的地方稱為密部，質(zhì)點(diǎn)分布最稀疏的地方稱為疏部。

　　聲波是常見的縱波。

　　物理性質(zhì)：

　　機(jī)械波的物理性質(zhì)同樣適用于電磁波，因此，這里“機(jī)械波”簡稱“波”

　　波的折射

　　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(shí)，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。

　　折射定律

　　進(jìn)一步研究表明，波在發(fā)生折射時(shí)，入射角與折射角存在如下關(guān)系

　　(sini)/(sinr)=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

　　在物理學(xué)中，把波遇到障礙時(shí)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

　　頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強(qiáng)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(shí)波上各個質(zhì)點(diǎn)的振幅是隨時(shí)間而變化的，沒有振動總是加強(qiáng)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

　?、谡駝臃较蛳嗤?/p>

　?、巯辔幌嗤蛳辔徊詈愣?/p>

　　波的疊加原理

　　波的疊加原理包含了兩點(diǎn)：

　?、俑鞑ㄔ此ぐl(fā)的波可以在同一介質(zhì)中獨(dú)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(shí)相同，互不干擾，就好像其他波不存在一樣;

　?、谠谙嘤鰠^(qū)域里各點(diǎn)的振動是各個波在該點(diǎn)所引起的振動的矢量和。

　　衍射是波的特有現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射.

　?、俨梢岳@過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射.

　?、谟^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(shí)，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

　　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?yàn)楣庠春陀^測者的相對運(yùn)動而產(chǎn)生變化。在運(yùn)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(yùn)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(jì)算出波源循著觀測方向運(yùn)動的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運(yùn)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)。

　　駐波

　　頻率和振幅均相同、振動方向一致、傳播方向相反的兩列波疊加后形成的波。波在介質(zhì)中傳播時(shí)其波形不斷向前推進(jìn)，故稱行波;上述兩列波疊加后波形并不向前推進(jìn)，故稱駐波。

　　測量兩相鄰波節(jié)間的距離就可測定波長。各種樂器，包括弦樂器、管樂器和打擊樂器，都是由于產(chǎn)生駐波而發(fā)聲。為得到最強(qiáng)的駐波， 弦或管內(nèi)空氣柱的長度L必須等于半波長的整數(shù)倍，即，k為整數(shù)，λ為波長 。因而弦或管中能存在的駐波波長為，相應(yīng)的振動頻率為，υ為波速。k=1時(shí)，，稱為基頻，除基頻外，還可存在頻率為kn1的倍頻。

　　入射波(推進(jìn)波)與反射波相互干擾而形成的波形不再推進(jìn)(僅波腹上、下振動，波節(jié)不移動)的波浪，稱駐波。駐波多發(fā)生在海岸陡壁或直立式水工建筑物前面。緊靠陡壁附近的海水面隨時(shí)間雖作周期性升降，海水呈往復(fù)流動，但并不向前傳播，水面基本上是水平的，這就是由于受岸壁的限制使入射波與反射波相互干擾而形成的。波面隨時(shí)間作周期性的升降，每隔半個波長就有一個波面升降幅度為最大的斷面，稱為波腹;當(dāng)波面升降的幅度為0時(shí)的斷面，稱為波節(jié)。相鄰兩波節(jié)間的水平距離仍為半個波長，因此駐波的波面包含一系列的波腹和波節(jié)，腹節(jié)相間，波腹處的波面的高低雖有周期性變化，但此斷面的水平位置是固定的，波節(jié)的位置也是固定的。這與進(jìn)行波的波峰、波谷沿水平方向移動的現(xiàn)象正好相反，駐波的形狀不傳播，故名駐波。當(dāng)波面處于最高和最低位置時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的水平速度為零，波面的升降速度也為零;當(dāng)波面處于水平位置時(shí)，流速的絕對值最大，波面的升降也最快，這是駐波運(yùn)動獨(dú)有的特性。