理学机械波完整版.pptx

机械波----

机械振动在连续介质中的传播称为机械波

电磁波----

电磁振动在真空或介质中的传播称为电磁波

不同性质的波，产生的机制各不相同，因此不同类型的波有其特殊性，但它们在空间的传播规律（即波动规律）却具有共性，有类似的波动方程。

本章以机械波为例，研究波的运动规律。;5-1机械波的产生和传播;弹性力分两种：

正弹性力----物体被压或被拉时，物体的体积发生改变而产生的弹性力(压弹性力和张弹性力)

固体、液体和气体都能承受容变，因此都能产生正弹性力。

切弹性力----物体各层之间发生相对位错时所产生的弹性力

固体能承受切变，所以固体能产生切弹性力；液体和气体不能承受切变，因此液体和气体不能产生切弹性力。;二、纵波和横波（传播方向与振动方向）;;横波：

在介质中传播时，介质中层与层之间将发生相对位错，即产生切变。横波只能在固体中传播。（只有固体能承受切变）;三、波线和波面（为形象地描述波在空间的传播）;;四、简谐波;(1)长变

S为棒的横截面积（固体）;(2)切变（固体）;(3)容变

(固\液\气体);六、描述波动的几个物理量;T为弦中张力,?为弦的线密度;3、波长?;;一、平面简谐波的波动方程;;因此点p的质点在任意时刻t的振动方程;沿x轴负方向传播的平面简谐波的波动方程;波动的周期、频率、角频率、波速和波长的关系;或者;二、波动方程的物理意义;;若xB=?则xB处质点落后于原点的位相为2?;2.如果给定t:即t=tB则;可求同一质点在相邻两时刻的振动位相差;3.如x,t均变化则y=y(x,t)包含了不同时刻的波形，即任意时刻的波形图;t时刻位于点x处质点的位相;说明:在(t+?t)时刻位于(x+?x)处的质点的振动状态与在t时刻位于在x处质点的振动状态完全相同,用方程表示为;;例5.1已知波动方程为;(2)同一波线上B和C两点的位相差;(3)对给定点P在时间间隔?t=0.2s内的位相差;例5.2一平面波在介质中以速度沿直线传播,已知在传播路径上某点A的振动方程为如图所示.（1）若以点A为坐标原点,写出波动方程,并求点C和点D的振动方程;（2）若以点B为坐标原点,写出波动方??,并求点C和点D的振动方程。;解:(1)以点A为坐标原点O,则点O的振动方程为;点C的振动方程;点D的振动方程;;由此可得:以点B为坐标原点O时的波动方程;当以点B为坐标原点O时，有;坐标原点O选择不同，波动方程不同（初位相不同）；但各质点的振动方程却相同（与坐标原点选择无关）。;一、波的能量和能量密度;体积元内媒质质点的弹性势能为(可以证明);;能流:单位时间内通过介质中某一截面的能量;三、平面波的波动微分方程;例试证明在均匀不吸收能量的媒质中传播的平面波在行进方向上振幅不变,球面波的振幅与离波源的距离成反比。;平面波的振幅不变;振幅与离波源的距离成反比,如果距波源单位距离的振幅为A则距波源r处的振幅为A/r;三、波的吸收;*四、声压、声强和声强级;引起人听觉的声波有频率范围和声强范围;5-4惠更斯原理波的叠加和干涉;平面波;*应用惠更斯原理证明波的反射和折射定律;二、波的叠加;两列波若频率相同、振动方向相同、在相遇点的位相相同或位相差恒定,则合成波场中会出现某些点的振动始终加强,另一点的振动始终减弱（或完全抵消）,这种现象称为波的干涉。;由波源S1发出的简谐波传播到p点引起的振动;所以在p点的合振动是两个同频率、同方向的简谐振动的合成,因此点p的振动是简谐振动,振动方程为;点p的合振动的初相位;由于波的强度正比于振幅的平方,所以合振动的强度;干涉相长（干涉加强）的条件;干涉相消（干涉减弱）的条件;定义波程差?为：两个波源发出的波传到相遇点的几何路程之差;干涉相长：波长的整数倍(半波长的偶数倍);例题位于A、B两点的两个波源,振幅相等,频率都是100赫兹,相位差为?,其A、B相距30米,波速为400米/秒.求:A、B连线之间因相干干涉而静止的各点的位置.;由题知:沿着波动前进的方向,点B的振动位相落后于点A的振动位相为?,所以点B的振动方程为;由A与B分别发出的两列波到达它们的连线之间各点所引起的分振动的位相差为;在A和B之间因干涉相消而静止的点是;5-5驻波;函数不满足;1、波腹与波节驻波振幅分布特点;波节：振幅最小处；波节在四分之一波长的奇数倍的位置。;相邻波腹间的距离;2、驻波的位相分布