第6部分机械波.ppt

一.机械波产生的条件----波源和媒介 简谐波： 简谐振动在弹性媒质中的传播所形成的波 三.波的能流密度(波的强度) 二.波的衍射、反射和折射 　 二.波的干涉 干涉现象：波在媒质中叠加时，出现某些地方振动始终加强，某些地方振动始终减弱或完全抵消的现象 　 解：波源发出的波动方程为 反射至x处，又滞后 在d处的振动方程 动能 势能 能量传播 一.波的能量 以纵波在细棒中传输为例 §6-4 波的能量 波传播 媒质弹性形变 媒质质点振动 取体积元ab 原长为?x, 长度变化为?y 体积元振动速度 设体积元体积为 ?V, 质量为?m=??V 1.振动动能 设波动方程为 体积元胁变：?y / ?x 体积元所受弹性力 体积元的弹性势能 2.弹性势能 即 体积元总能量 (1)波传播时，任一体积元的动能、势能和总能量作同相的周期性变化 (2) 体积元在平衡位置时，动能、势能和总能量最大；位移最大时，三者均为零 (3)体积元总能量不守恒，它不断从前面媒质吸收能量，又不断地将能量传递给后面媒质----能量传播 讨论： 二.波的能量密度 能量密度：单位体积内的波动能量 一周期内的平均值(平均能量密度) 能流：单位时间内通过某一面积传播的能量 一周期内平均值(平均能流) 能流密度(波的强度)：通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流 其中 ----介质的特性阻抗 四.波的吸收 波的吸收：波在传输过程中，强度和振幅衰减的现象 定义: 单位传输距离上，波幅衰减的相对值为吸收系数 即 设 x=0时，A=A0，则有 球面波 平面波 一.惠更斯原理 论述：媒质中波动传到的各点都可以看作是新的次波源，这些新波源发射的波称为子波，其后任一时刻这些子波的包络面就是该时刻的新波阵面 §6-5 惠更斯原理 1.衍射 衍射：波传播过程中遇到障碍物而发生偏离原方向传播的现象 水波通过窄缝时的衍射 一.波的传播规律 独立性：几列波在媒质中相遇时,各个波将保持本身特性(频率、波长、振动方向等)沿原方向继续传播，与未相遇一样 叠加原理：在几列波相遇区域，任一质点的振动为各个波单独在该点引起的振动的合成 §6-6 波的干涉 细雨绵绵独立传播 相干波的条件：频率相同，振动方向相同，相位相同或相位差恒定 设两相干波源的振动表达式为： 传输到P点时振动方程为 P点的合振动为 其中 讨论: (1)空间某点 即空间每点有恒定的合振幅A ----恒定 (2)空间各点的 不同，因此各点有不同的合振幅A 由波的强度 所以叠加波的强度为 ----空间各点的强度与??有关，即随位置而变化，但是稳定的 (3)当 有 (4)当 有 ----强度最强 ----强度最弱 (5)如果 ，波程差 ----半波长偶数倍 有 ----半波长奇数倍 有 * §6.1 机械波的产生和传播 §6.3 平面简谐波 波动方程 §6.4 波的能量 §6.5 惠更斯原理 §6.6 波的干涉 §6.7 驻波 第6章 机械波 机械振动 简谐振动 t o y 机械波源：作机械振动的物体 弹性媒质：质元之间彼此有弹性力联系的物质 §6-1 机械波的产生和传播 二.两类机械波----横波和纵波 横波：质元的振动方向与波动的传播方向垂直 横波的形成： 传播方向 振动方向 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） 传播方向 振动方向 注意 2 质元并未“随波逐流”， 波的传播不是介质质元的传播。 3 “上游”的质元依次带动“下游”的质元振动 4 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。 1 有些波既不是横波也不是纵波。如：水表面的波既非横波又非纵波。水波中的质元是做圆（或椭圆）运动的。 振动是描写一个质点振动。 波动是描写一系列质点在作振动。 6 振动与波动的区别 7 判断质点振动方向 传播方向 ?t后的波形图 技巧：迎着传播方向上坡向上振下坡向下振 5 同相位点----质元的振动状态相同。 三.波阵面和波射线 波阵面(波面)： 某一时刻振动相位相同的各点连成的面(同相面) 波前：最前面的波面 波射线(波线)：波的传播方向 各向同性媒介中，波线与波面垂直 球面波 波阵面 波射线 波阵面 波射线 平面波 在远离波源的球面波波面上的任何一个小部份，都可视为平面波。 四. 周期、频率、波长、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