大学物理课件机械波 -1.ppt

* 第十五章 机械波 15 – 1 机械波的几个概念 * 波动是振动的传播过程 振动是激发波动的波源 机械波 电磁波 波动 机械振动在弹性介质中的传播 交变电磁场在空间的传播 两类波的不同之处 机械波的传播需有传播振动的介质 电磁波的传播可不需介质 能量传播 反射 折射 干涉 衍射 两类波的共同特征 机械波 机械波的几个概念 波源 介质 + 弹性作用 机械波 一 机械波的形成 产生条件：1）波源；2）弹性介质. 波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播. 注意 机械波：机械振动在弹性介质中的传播. 横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波. （仅在固体中传播 ） 二 横波与纵波 特征：具有交替出现的波峰和波谷. 纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波 （可在固体、液体和气体中传播） 特征：具有交替出现的密部和疏部 三 波长 波的周期和频率 波速 波长 ：沿波的传播方向，两个相邻的、相位差为 的振动质点之间的距离，即一个完整波形的长度. O y A A - 周期 ：波前进一个波长的距离所需要的时间. 频率 ：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目. 波速 ：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）. 注意 周期或频率只决定于波源的振动! 波速只决定于媒质的性质！ 波速 与介质的性质有关， 为介质的密度. 如声音的传播速度 空气，常温 左右，混凝土 横 波 固体 纵 波 液、气体 切变模量 弹性模量 体积模量 四 波线 波面 波前 * 球 面 波 平 面 波 波前 波面 波线 例1 在室温下，已知空气中的声速 为340 m/s，水中的声速 为1450 m/s ，求频率为200 Hz和2000 Hz 的声波在空气中和水中的波长各为多少？ 在水中的波长 解 由 ，频率为200 Hz和2000 Hz 的声波在 空气中的波长 解 （1）气体中纵波的速度 由理想气体状态方程 例2 假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的传播过程可看作绝热过程. （1）视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关系为 ，与温度 T 的关系为 .式中 为气体摩尔热容之比， 为密度，R 为摩尔气体常数，M 为摩尔质量. 解 （2）由（1） 例2 假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的传播过程可看作绝热过程. （1）视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关系为 ，与温度 T 的关系为 . 暗 （2）求0 ℃和20℃ 时, 空气中的声速.（空气 ） 各质点相对平衡位置的位移 波线上各质点平衡位置 简谐波：在均匀的、无吸收的介质中，波源作简谐运动时，在介质中所形成的波. 一 平面简谐波的波函数 平面简谐波：波面为平面的简谐波. 介质中任一质点（坐标为 x）相对其平衡位置的位移（坐标为 y）随时间的变化关系，即 称为波函数. 平面简谐波的波函数 点O 的振动状态 点 P t 时刻点 P 的运动 t-x/u时刻点O 的运动 以速度u 沿 x 轴正向传播的平面简谐波 . 令原点O 的初相为零，其振动方程 点P 振动方程 时间推迟方法 点 P 比点 O 落后的相位 点 P 振动方程 点 O 振动方程 波函数 P * O 相位落后法 沿 轴负向 点 O 振动方程 波函数 沿 轴正向 O 如果原点的初相位不为零 波动方程的其它形式 角波数 质点的振动速度，加速度 二 波函数的物理意义 1 当 x 固定时， 波函数表示该点的简谐运动方程，并给出该点与点 O 振动的相位差. （波具有时间的周期性） 波线上各点的简谐运动图 （波具有空间的周期性） 2 当 一定时