大学物理运动学剖析.ppt

* 振 动 是 波 动 的 基 础 波 动 是 振 动 的 传 播 “波动”无所不在。自然界不仅有那拍击海岸的海浪，声音、光、移动电话和电视广播所使用的无线电波，还有那震撼大地的地震波等等，都是波动。 根据解释微观世界的物理学理论“量子论”，电子和原子等微观粒子也具有波的性质。事实上，我们周围的一切物质都是由电子和原子构成的。所以，自然界由波统治着。 机械波 水 波 声 波 地 震 波 电磁波 无线电波 光 波 X 射 线 波 ??? 驻波 相干 叠加 惠更斯 原理 折射 衍射 反射 介质 界面 能量 波的 合成 平面 简谐波 第十章 波 动 §10 - 1 机械波的基本概念 一、机械波产生的条件 1. 波源： 作机械振动的物体 2. 媒质： 传播振动的媒介物 弹性媒质 非弹性媒质 二、机械波的分类 1. 横波 物体的振动方向与波的传播方向垂直。可在固体媒质中传播 ，也可在真空中传播。 2. 纵波 物体的振动方向与波的传播方向平行。必须在媒质中传播——固体、液体、气体。 · · · · · · · · · · t = 3T/4 · · · · · · · · · · · · · · · t = 0 0 4 8 16 20 · · · · · · · · · · · · 12 · · · · · · · · · · · · · t = T/2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · t = T · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 传播方向 t = T/4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 振动方向 3.讨论： （1）波的传播不是媒质质元的传播。 （2） “上游”的质元依次带动“下游”的质元振动。 （3） 某时刻某质元的振动状态将在较晚时刻于“下游”某处出现---波是振动状态的传播。波是相位的传播，沿波的传播方向，各质元的相位依次落后。 · · a b ? x x u 传播方向 波动的本质 相位依次落后的振动的集合 地震波 —— P波、S波 地震记录仪记录的地震波 地震仪首先记录的是传播速度较快最先到达地表的P波，引起不大的振动（初期微震）。接着S波到来，引起较大的振动（主震）。最后，则是比S波更晚到来的周期较长的面波，也引起较大的振动。 对于无法直接看见的地下，甚至地球内部的结构，也可以利用地震波进行“透视”。一处发生地震，地震波会沿着各种各样不同的路径通过地球的内部，大约经过20分钟，到达地球的另一侧。 地震发生时，在地球的与震源正对的背面一侧附近从未记录到过直接到达的S波。从这个观测事实，地球物理学家推断出在地下约2900公里的深度以下存在着一个由液体（主要成分是熔融的铁）构成的地层（外核）。地震波直接到达地球的背侧，必须要经过这个液体地层。然而S波是横波，不可能通过液体，S波是不可能穿过这个液体层到达地球背面一侧。 1.波线：表示波的传播方向。 2.波阵面：振动相位相同的各点所连成的曲面。 波前：起始的波阵面。 3.球面波：各时刻的波阵面都是以点波源为中 心的球面的波动。 平面波：波阵面为平面的波动。 三、 波的几何描述 球 面 波 平 面 波 波阵面 波线 波阵面 波线 在各向同性的介质中，波线总是与波阵面垂直。 四、波动的特征量 1. 波长（?）：在波线上两个相邻的同相质元间 的距离。表示波动的空间周期性。 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · y O x ? 2. 周期（T）：质元完成一次全振动的时间。表 示波动的时间周期性。 A B C 频率 (? ): 媒质质点(元)的振动频率,即单位时 间传过媒质中某点的振动状态的个数. u 3. 波速 (u) : 单位时间某一振动状态所传过的距离。 波速ｕ又称相速度(相位传播速度) 绳或弦上的横波波速 细棒中的纵波波速 F：张力 ?l：绳或弦的密度 E：棒的杨氏模量 ?：棒的密度。 则容许的波长或频率为： §10 -- 2 平面简谐波的表达式 一. 平面简谐波的波动方程(波函数) 1. 平面简谐波 质