大学物理第十章波动第1节 机械波及波的形式波长 波线及波面 波速.ppt

第十章 波动 10-1 机械波的几个概念 物理学 第五版 * 振动和波动的关系： 机械波、电磁波、物质波 振动——波动的成因 波动——振动的传播 波动的种类： * 一 机械波的形成 能传播机械振动的媒质（空气、水、钢铁等） 2 介质 作机械振动的物体（声带、乐器等） 1 波源 波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播. 注意 * 二 横波与纵波 1 横波 特点： 波传播方向上各点的振动方向与波传播方向垂直 * 2 纵波（又称疏密波） 例如：弹簧波、 声波 特点：质点的振动方向与波传播方向一致 * 3 复杂波 （本章研究对象） 特点：波源及介质中各点均作简谐振动 特点：复杂波可分解为横波和纵波的合成 例如：地震波 简谐波 波速 * 三 波长 波的周期和频率 波速 O y A A - 　波传播方向上相邻两振动状态完全相同的质点间的距离（一完整波的长度）. 1 波长 * 横波：相邻 波峰——波峰 　波谷—— 波谷 纵波：相邻 波疏——波疏 　波密——波密 * 2 周期 T 波传过一波长所需的时间，或一完整波通过波线上某点所需的时间. 3 频率 单位时间内波向前传播的完整波的数目. （1 内向前传播了几个波长） * 　　波在介质中传播的速度 4 波速 钢铁中 水 中 　　例如，声波在空气中 决定于介质的弹性（弹性模量）和惯性（密度）,与波源情况无关。 * 四个物理量的联系 注意 周期或频率只决定于波源的振动 波速只决定于介质的性质 补充 固体中 气体和液体中 * 例1 在室温下，已知空气中的声速 为340 m·s-1，水中的声速 为1 450 m·s-1，求 频率为200 Hz和2 000 Hz 的声波在空气中 和水中的波长各为多少？ 解 由 ，频率为200 Hz和2 000 Hz 的声波在 空气中的波长 * 在水中的波长 * （1）若视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关系为 ，与温度 的关系为 . 式中 为气体的摩尔热容之比， 为密度， 为摩尔气体常数， 为摩尔质量. 例2 假如声波在空气中的传播过程可看作绝热过程. （2）求 ℃和 ℃时，空气中的声速. （空气的 ， ） * 解 （1）气体中纵波波速为 式中体积模量 被定义为压强增量 与体积应变（ ）的比，即 负号表示压强增大（减小）时体积缩小（增大） 已知:绝热过程，证 ， 求 ℃， ℃时的声速 * 又 由理想气体绝热方程 常量 取微分，得 * ℃时空气中声速 （2） ℃时声速 * 波线（wave line）—— 表示波的传播方向的射线（波射线） 波面 波阵面（wave surface）—— 媒质振动相位相同的点组成的面（同相面） 波前（wave front）—— 任一时刻 波源最初振动状态在各方向上传到的点的轨迹. 波前是最前面的波阵面 五 波线 波面 波前 性质 （3）各向同性介质中，波线垂直于波阵面. （2）波阵面的推进即为波的传播. （1）同一波阵面上各点振动状态相同. * 分类（1）平面波 （2）球面波 球面波 平面波 波线 波面 按波的性质 机械波（ mechanical wave ） 电磁波（electromagnetic wave ） ? 纵波（longitudinal wave ） 按波线与振动方向关系 横波（transverse wave ） * 按波面形状 平面波（plane wave ） 球面波（spherical wave ） 柱面波（ cylindrical wave ） 按复杂程度 简谐波（simple harmonic wave ） 复波（ compound wave ） 按持续时间 连续波（continued wave ） 脉冲波（pulsating wave ） 按波形是否传播 行波（ travelling wave ） 驻波（standing wave ） ? ? 第十章 波动 10-1