CH9-1机械波的产生和传播.ppt

第9章 波动概述 波动--振动的传播过程 分类 1）机械波---机械振动在弹性介质中 的传播 2）电磁波---变化的电磁场在空间的 传播 3）物质波---（略） 条件 §9.1 机械波的产生和传播 一. 机械波产生的条件 二. 横波和纵波 介质质点的振动方向与波传播方向相互垂直的波；如柔绳上传播的波。 介质质点的振动方向和波传播方向相互平行的波；如空气中传播的声波。 波源：作机械振动的物体 ｛ 横波： 纵波： 机械波: 机械振动以一定速度在弹性介质中由近及远地传播出去，就形成机械波。 弹性介质：承担传播振动的物质 振动曲线 t y 结论 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718 横 波 纵 波 (1) 波动中各质点并不随波前进； y x 波动曲线 (2) 各个质点的相位依次落后,波 动是相位的传播； (3) 波动曲线与振动曲线不同。 沿波传播方向，相邻两个相位差为 2? 的质点之间的距离。 三.波长 周期 频率和波速(重要) 波前进一个波长距离所需的时间。周期表征了波的时间周期性。 单位时间内，波前进距离中完整波的数目。频率与周期的关系为 振动状态在媒质中的传播速度。波速与波长、周期和频率的关系为 波长反映了波的空间周期性。 (1) 波的周期和频率与媒质的性质无关；一般情况下，与波源振动的周期和频率相同 。 a. 拉紧的绳子或弦线中横波的波速为： b. 均匀细棒中，纵波的波速为： (2) 波速实质上是相位传播的速度，故称为相速度； 其大小主要决定于媒质的性质，与波的频率无关。 说明 — 张力 — 线密度 — 固体棒的杨氏模量 — 固体棒的密度 例如： d. 液体和气体只能传播纵波，其波速由下式给出 c. 固体媒质中传播的横波速率由下式给出： — 固体的切变弹性模量 — 固体密度 — 流体的容变弹性模量 — 流体的密度 e. 稀薄大气中的纵波波速为 — 气体摩尔热容比 — 气体摩尔质量 — 气体摩尔常数 波面 四. 波的几何描述 在波传播过程中，任一时刻媒质中振动相位相同的点联结成的面。 沿波的传播方向作的有方向的线。 球面波 柱面波 波面 波线 波面 波线 在各向同性均匀媒质中，波线⊥波面。 波面 波线 波前 在某一时刻，波传播到的最前面的波面。 波线 注意 x y z (1) 知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前； 说明 R1 R2 S1 S2 O 五. 惠更斯原理 (1) 行进中的波面上任意一点都 可看作是新的子波源； (3) 各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。 (2) 所有子波源各自向外发出许多子波； (2) 亦适用于电磁波，非均匀和各向异性媒质； (3) 解释反射、折射、衍射现象； B C A 由几何关系知： D E F u1 u2 u2△t d = u1△t