大学物理第12章ppt课件.ppt

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1、大学物理目录第四篇波动学第11章机械振动第12章机械波第13章波动光学目录第十二章机械波第一节机械波的产生和传播第二节平面简谐波的波函数第三节波的能量第四节惠更斯原理第五节波的叠加原理波的干涉第六节驻波第十二章机械波本章主要讨论机械波在空间和时间上的周期性规律.首先讨论简谐振动沿一个方向传播形成的平面简谐波，它是研究一切经典波的基础.另外，还讨论了波的能量、惠更斯原理、波的干涉和驻波.第一节机械波的产生和传播机械波的形成一、机械振动在弹性介质内传播就形成了机械波.机械波的产生必须满足两个条件，即作为激发扰动的波源和能够传播这种机械振动的弹性介质，两者构成产

2、生机械波的必要条件.无限多个质点相互之间通过弹性恢复力联系在一起的连续介质称为弹性介质，它可以是固体、液体或气体.取一根较长的柔软的绳，用手拉着它的一端上下振动一次，就会看到一个“峰”和一个“谷”在绳子上移动.如果不停地上下振动，就有—连串的“峰”和“谷”在绳子上移动，这就是一般的波动过程.这上下振动的绳端就是激发波动的源头，称为波源，而绳子是传播这种振动的弹性介质.第一节机械波的产生和传播如图12-1所示，以沿绳子传播的波为例，分析机械波的形成过程.图12-1波的形成第一节机械波的产生和传播为了具体说明波动的形成，设想把绳子分成许多小部分，并把每小部分视

3、为一个质点，如图12-1所示.图中第一行表示t＝0时刻，每个质点都在各自的平衡位置上，而质点1在手的作用下正要离开平衡位置向上运动.此时，质点1的振动状态，用初相描述φ=32π.下一时刻质点1离开平衡位置开始做周期为T的上下振动，由于质点间弹性力的作用，质点1就带动质点2向上运动，质点2重复质点1在t＝0时刻的振动状态，于是质点2、质点3、质点4……依次振动起来.当t=T4时，质点4正要离开平衡位置向上运动，它在重复质点1在t=0时的状态.这就是说，质点1的振动恰好传到质点4处，振动相位φ=32π传播到了质点4，此时质点1到达正向最大，即φ=2π的状态第

4、一节机械波的产生和传播质点2还没有到达正向最大，比质点1的步调慢些.当t=T2，质点7在重复质点1在t=0时的状态，即振动相位φ=32π传播到了质点7.质点1的振动状态由近及远经过一个周期T传播到质点13.因此，可以说波动的形成就是振动状态的传播，是振动相位的传播.相位传播的速度就是机械波的传播速度.介质中各质点仅在各自的平衡位置附近重复着波源的振动.在波动形成过程中，介质中各质点将依次振动，因为不同位置的两质点在振动的步调上存在一个时间差，即两质点的振动有相位差.与距离波源较近的点比较，较远的点的振动相位要相对滞后.所以沿机械波的传播方向，每个质点的相位

5、依次落后，形成波“峰”和波“谷”.第一节机械波的产生和传播按照质点振动方向和波的传播方向之间关系的不同，机械波可分为横波和纵波.若质点振动方向与波的传播方向相互垂直，这种波称为横波，如图12-2（a）所示.若质点的振动方向与波的传播方向相互平行，这种波称为纵波，如图12-2（b）所示.图12-2横波和纵波的形成[JZ]（a)横波(b)纵波第一节机械波的产生和传播若波源做简谐振动，介质中各质点也做传播波源的简谐振动，这时的波称为简谐波.简谐波是最简单的波.这种情况只能发生在各向同性、均匀、无限大、无吸收的连续弹性介质中.本章主要讨论简谐波，而其他复杂的波则看

6、成简谐波叠加的结果.第一节机械波的产生和传播波的几何描述二、前面讨论了向同一方向传播的一维波动，若波源引起的振动在空间向四面八方传播，则在波源周围都会出现相位依次落后的振动.为了形象地描述波，把介质中在某一时刻所有相位相同(相位差为零)的点所组成的曲面称为波阵面(波面).离波源最远的波面，即“走在最前面”的波面称为波前.波前就是介质中刚开始振动的点所组成的曲面，显然它是一个特殊的波面，并且在某一时刻只有一个.通常情况下，根据波面的形状，波分为球面波和平面波等.波面是球面的波称为球面波.波面是平面的波称为平面波.图12-3为波面和波前的示意图.第一节机械波的

7、产生和传播图12-3波阵面与波线（a)球面波（b)平面波在各向同性的均匀介质中，波的传播方向垂直于波面，与波面垂直并指向传播方向的射线称为波射线(简称波线)，见图12-3．第一节机械波的产生和传播描述波动特征的物理量三、简谐波传播时，不但具有时间周期性，还具有空间周期性和状态周期性.空间周期性用波长来描述，时间周期性用周期、频率和角频率来描述，而状态周期性用波速来描述.第一节机械波的产生和传播波长1.在同一波线上两个相邻的、相位差为2π的振动质点之间的距离，称为波长，用λ表示，如图12-4所示.因为相位差为2π的两质点，其振动步调完全一致，所以波长就是一个

8、完整波形的长度，波长反映了波动这一运动形式在空间上具备周期性特征.