第5章 机械波.ppt

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1、第五章机械波§5.1机械波的形成和传播§5.2平面简谐波的波动方程§5.3波的能量§5.4惠更斯原理波的叠加和干涉§5.5驻波主要内容波动---振动在空间的传播过程物质波(微观领域)波动是自然界常见的、重要的物质运动形式机械波电磁波经典波机械振动在弹性介质中的传播.交变电磁场在空间的传播.两类波的不同之处机械波的传播需有传播振动的弹性介质;电磁波的传播可不需介质.能量传播反射折射叠加性干涉衍射两类波的共同特征§5-1　机械波的形成和传播一、机械波产生的条件①有作机械振动的物体，即波源；②有连续的介质.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。在波

2、的传播过程中，介质中的各质点只在各自的平衡位置附近往复运动；质点并不沿振动方向移动。二、机械波的类型---横波和纵波1.横波---介质中质点振动方向与波的传播方向垂直。横波在介质中传播时，只有固体能承受切变，因此横波只能在固体中传播.特征：具有交替出现的波峰和波谷.2.纵波---介质中质点振动方向与波的传播方向平行.纵波可引起介质产生容变.固体、液体、气体都能承受容变，因此纵波能在所有物质中传播.特征：具有交替出现的密部和疏部.沿着波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相.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

3、波面波场:波传播到的空间。波线(波射线):代表波的传播方向的射线。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。根据波前的形状可以把波分为平面波、球面波等。波面波线波线波面简谐波---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由若干个简谐波叠加.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。四、简谐波五、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，又称相速.在固体媒质中纵波波速为在固体媒质中横波波速为1.波速u---大小由介质的性质决定。G、E为媒质

4、的切变弹性模量和杨氏弹性模量，为介质的密度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:2.波动周期和频率波动周期：一个完整波形通过介质中某固定点所需的时间，用T表示。与振源的振动周期相同周期反映波的时间周期性。波动频率：单位时间内通过介质中某固定点完整波的数目，用表示。仅由波源决定，与媒质无关。3.波长同一波线上相邻的位相差为2的两质点的距离。横波:相邻的波峰或波谷间距离;纵波:相邻的密集或稀疏部分中心间距离.波长反映波的空

5、间周期性。注意：波长由波源和媒质共同决定。波源一定，发出波通过不同媒质，波速和波长都不同。课程回顾（1）一、简谐振动的能量1.简谐振动的动能2.简谐振动的势能3.简谐振动的总能量4.能量平均值平均动能平均势能课程回顾（2）二、简谐振动的合成1.同方向、同频率谐振动的合成x1=A1cos(t+10)x2=A2cos(t+20)合振幅初位相合振动的运动方程：2.位相差对合振幅的影响(1)Amax=A1+A2,同相，相互加强位相差(2)Amin=

6、A2A1

7、,反向，相互减弱(3)一般情形（相位差任意）Amin＜A＜Amax课程回顾（3）x1=A1cos(1

8、t+10)x2=A2cos(2t+20)3.同方向、不同频率两谐振动的合成合振动可以看作振幅缓变的“准谐振动”。这种合振动周期性的时强时弱的现象称作拍合振幅变化的周期课程回顾（4）三、机械波的形成和传播1.机械波产生的条件①有作机械振动的物体，即波源；②有连续的介质.在波的传播过程中，介质中的各质点只在各自的平衡位置附近往复运动；质点并不沿振动方向移动。2.机械波的类型---横波和纵波(1)横波---介质中质点振动方向与波的传播方向垂直特征：具有交替出现的波峰和波谷.(2)纵波---介质中质点振动方向与波的传播方向平行.特征：具有交替出现的密部和疏部.沿着

9、波的传播方向向前看去，前面各质点的振动位相都依次落后于波源的振动位相.机械波向外传播的是波源(及各质点)的振动状态和能量.课程回顾（5）3.波线和波面四、描述波动的几个物理量1.波速u---大小由介质的性质决定。2.波动周期和频率3.波长§5.2　平面简谐波的波动方程一、平面简谐波的波动方程简谐波：简谐振动在空间的传播。①每个质元在平衡位置附近作简谐振动,而振动以一定的速度由近及远传播。②后振动的质点比先振动的质点落后一段时间。特点:平面简谐波：波面为平面的简谐波.各质点相对平衡位置的位移波线上各质点位置介质中任一质点（坐标为x）相对其平衡位置的位移（坐标为y

10、）随时间的变化关系，即称