大学物理机械波1剖析.ppt

波、机械波 空间某处发生的振动，以有限的速度向四周传播，这种传播着的振动称为波 机械振动在连续介质中的传播称为机械波 电磁振动在真空或介质中的传播叫电磁波 任何物体都具有波动性，这种波叫物质波 第一节 机械波的产生与传播 一、机械波产生的条件 1. 波源——振动的物体 2. 连续介质——传播机械振动的弹性介质 二、机械波的分类 1. 横波：介质中质点振动的方向与波的传播方向垂直 横波只能在固体中或液体表面传播 2. 纵波：介质中质点振动的方向与波的传播方向平行 纵波在所有物质中都可以传播 三、波线与波面 波传播到的空间——波场 波场中代表波传播方向的射线——波线 某时刻振动位相相同的点的轨迹——波面 最前方的波面——波前或波阵面 横波中，质元振动的轨迹与波线垂直，二者构成的面——振动面或偏振面 四、描述波动的物理量 1、波长 同一波线上相邻的位相差 为2π的两质点间的距离 2、周期、频率 周期——波前进一个波长所需的时间 频率——单位时间内通过某固定点的完整波的数目 波源完成一次全振动，就有一个完整波送出去，所以波动周期等于波源的振动周期 3、波速 波动是振动状态（位相）的传播，振动状态在单位时间内传播的距离称为波速，又称相速 第二节 平面简谐波的波函数 简谐波 波源和各质点的振动都是简谐振动，复杂的波可以看出若干个简谐波的叠加 平面简谐波——波面为平面的简谐波 ？问题 如何用数学表达式描述一个前进中的波动？ 如何描述各质点的振动位移y随平衡位置x和t的变换规律 一、波函数的推导 平面简谐波沿x轴正方向传播 设原点的振动方程为 设平衡位置为x的P点在t时刻的振动位移为y P点的振动落后于原点，晚了 也就是原点的振动状态传到P点所需的时间 P点在t时刻将重复原点在 时刻的振动状态 P点t时刻的振动位移与原点 时刻的振动位移相同 P点振动方程为 常用的波动表达式 二、波函数的物理意义 1、x=x0为定值，y=y(t) 二、波函数的物理意义 1、x=x0为定值，y=y(t) 2、t=t0为定值，y=y(x) 3、t和x都在变化 振动曲线和波形图上质点的振动方向 * 各种类型的波有其特殊性，但也有普遍的共性，可以用相同的数学形式来描述 注意： 机械波只是振动的传递，并没有物质的传输 弹性波：质元振动的回复力是弹性力 结论：机械波传播的是波源的振动状态和能量 波线 波面 波面 波线 波面 波线 波线 波面 平面波 球面波 ★各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直 ★沿波线方向各质点的振动相位依次落后 波速由介质的弹性性质和惯性性质决定 横波的波速： G为切变 弹性模量 纵波的波速： E为容变 弹性模量 波函数 沿x轴正向传播的平面简谐波的波函数 也是x处质点的振动方程 沿x轴负向传播的平面简谐波的波函数 （1）如图，已知 P 点的振动方程： 求波动方程即波函数。 （2）如图，已知 P 点的振动方程： 或 表示x0处质点的振动方程，该质点做简谐振动，初位相为 位相落后原点 同一波线上，任意两质点之间的位相差为 表示t0时刻波线上各质点离开各自平衡位置的位移分布情况，称为该时刻的波形方程 对于横波，波形图就是该时刻各质点在空间的真实分布 对于纵波，波形图仅表示质点的位移分布 波动方程给出了各个质点在不同时刻的位移，或者说包含了不同时刻的波形 t时刻 t+ 时刻 波速即波形 平移的速度 t t时刻 t+ 时刻