61机械波概念.ppt

* 波动是一切微观粒子的属性， 与微观粒子对应的波称为物质波。 各种类型的波有其特殊性，但也有普遍的共性，有类似的波动方程。 机械振动在介质中的传播称为机械波。 声波、水波 6.1 机械波的概念 一、机械波产生的条件 如果波动中使介质各部分振动的回复力是弹性力，则称为弹性波。 弹性力： 有正弹性力（压、张弹性力）和切弹性力；液体和气体弹性介质中只有正弹性力而没有切弹性力。 1、有作机械振动的物体，即波源 2、有连续的介质 二、纵波和横波 横波——振动方向与传播方向垂直，如电磁波 纵波——振动方向与传播方向相同，如声波。 横波在介质中传播时，介质中产生切变，只能在固体中传播。 纵波在介质中传播时，介质中产生容变，能在固体、液体、气体中传播。 结论：机械波向外传播的是波源（及各质点） 的振动状态和能量。 三、波线和波面 波场--波传播到的空间。 波面--波场中同一时刻振动位相相同的点的轨迹。 波前（波阵面）--某时刻波源最初的振动状态 传到的波面。 波线（波射线）--代表波的传播方向的射线。 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。 波线 波面 波面 波线 平面波 球面波 波面 波线 波线 波面 四、简谐波 波源以及介质中各质点的振动都是谐振动。 任何复杂的波都可以看成若干个简谐波叠加而成。 *五、物体的弹性形变 弹性形变：物体在一定限度的外力作用下形状和体积发生改变，当外力撤去后，物体的形状和体积能完全恢复原状的形变。 (1)长变 在弹性限度范围内，应力与应变成正比 (2) 切变 相对面发生相对滑移 在弹性限度范围内，应力与应变成正比 (3) 容变 在弹性限度范围内， 压强的改变与容变应变的大小成正比 六、描述波动的几个物理量 振动状态（即位相）在单位时间内传播的距离称为波速 ，也称之相速。 1、波速 u 在固体媒质中纵波波速为 G、 E为媒质的切变弹性模量和杨氏弹性模量 ?为介质的密度 在固体媒质中横波波速为 在同一种固体媒质中，横波波速比纵波波速小些 T为弦中张力，?为弦的线密度 在弦中传播的横波波速为: 在液体和气体只能传播纵波，其波速为： B为介质的容变弹性模量 ?为密度 理想气体纵波声速: ? 为气体的摩尔热容比，Mmol为气体的摩尔质量， T为热力学温度， R为气体的普适常数， ?为气体的密度 3、波长? 2、波的周期和频率 波的周期：一个完整波形通过介质中某固定点所需 的时间，用T表示。 波的频率：单位时间内通过介质中某固定点完整波 的数目，用?表示。 同一波线上相邻的位相差为2? 的两质点的距离。 介质决定 波源决定 一、平面简谐波的波动方程 平面简谐波 简谐波的波面是平面。(可当作一维简谐波研究） 平面简谐波的波动方程 一平面简谐波在理想介质中沿x轴正向传播， x轴即为某一波线 设原点振动表达式： y表示该处质点偏离平衡位置的位移 x为p点在x轴的坐标 p点的振动方程： t 时刻p处质点的振动状态重复 时刻O处质点的振动状态 O点振动状态传到p点需用 沿x轴正向传播的平面简谐波的波动方程 沿着波传播方向，各质点的振动依次落后于波源振动 为p点的振动落后与原点振动的时间 沿x轴负向传播的 平面简谐波的波动方程 若波源（原点）振动初位相不为零 或 波矢，表示在2? 长度内所具有的完整波的数目。 二、波动方程的物理意义 1、如果给定x，即x=x0 t T T x0处质点的振动初相为 为x0处质点落后于原点的位相 为x0处质点的振动方程 则y=y(t) 若x0=? 则 x0处质点落后于原点的位相为2? ?是波在空间上的周期性的标志 *