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1、大学物理电子教案ThePowerPointforCollegePhysics西北工业大学应用物理系第13章波动振动在空间的传播称为波动,激发波动的振动物体称为波源.按波动的性质不同,波动可分为两类:机械波和电磁波.不同性质的波,其物理本质不同,但它们在运动形式上却有着很多共同的特征.本章将从机械波出发讨论波动的一般特征和规律.TheVibrationandWave§13.1机械波振动在连续的弹性介质中由波源向远方传播出去——机械波。机械波的产生与描述机械波的类型及传播速度TheVibrationandWave1.机械波的产生和描述机械波:由波
2、源激发的、在连续弹性介质中由近及远地传播出去.(1)机械波的产生§13.1机械波TheVibrationandWave产生机械波的充分必要条件:波源弹性介质§13.1机械波TheVibrationandWave①波动只是振动状态和能量的传播,介质中振动的各质点并不随波前进,而是各自在自己平衡位置附近作简谐振动.机械波的特征:多米诺骨牌§13.1机械波TheVibrationandWave②波以一定速度传播,主要指相同运动状态(或位相)的传播速度,而不是质点的振动速度.§13.1机械波TheVibrationandWave(2)机械波的描述—波
3、函数设o点处的振(波)源位移为则x轴上任一点P(x)的位移为:波函数上式的物理意义:P点在t时刻的位相与坐标原点处振源在t-x/u时刻的位相相同.oxPx§13.1机械波TheVibrationandWave若振动沿ox方向以速度传播波函数:距坐标原点为x的点,在任意时刻的位移.它不仅反映了x点的振动规律,而且反映了各点振动之间的联系,即相位随坐标x的变化规律.上式的物理意义:P点在t时刻的位相与坐标原点处的振源在t+x/u时刻的位相相同.oxPx波沿负x方向传播,传播速度为波沿ox方向传播,传播速度为若振动沿负x方向仍以速度传播,波动方程为
4、:§13.1机械波TheVibrationandWave波动曲线:表示任一时刻t在x轴上各点的位移,它反映了该时刻振动着的各质点间的相位关系和相位的变化趋势.x(m)oy(m)§13.1机械波TheVibrationandWave2.波的类型(1)按波的传播方向和质点的振动方向分类:剪切波横波:振动方向与传播方向垂直.§13.1机械波TheVibrationandWave纵波:振动方向与传播方向平行.压缩波§13.1机械波TheVibrationandWave疏密波§13.1机械波TheVibrationandWave(2)按波的传播形态分类
5、脉冲波:以脉冲形式传播的波.连续波:以持续振动形式传播的波.x(m)oy(m)§13.1机械波TheVibrationandWavex(m)oy(m)(3)按波阵面的形式分类波阵面:在某一时刻,振动相位相同的点连成的曲面称波阵面或波面.波前:处在最前端的波面.波射线:波的传播方向称为波射线,波射线总是与波阵面垂直.波阵面波前波射线波阵面波阵面§13.1机械波TheVibrationandWave球面波:波阵面为球面.平面波:波阵面为平面.球面波的波射线是以波源为中心向外辐射的径向直线.平面波的波射线为平行直线§13.1机械波TheVibrat
6、ionandWave波阵面波前波射线波阵面波阵面3.波的传播速度实验和理论证明:机械波的传播速度是由弹性介质的惯性和弹性决定的.惯性由密度来描述,而弹性则由弹性模量来描述.弹性:弹性介质在外力作用下发生形变,当外力撤除后形变恢复的性质.弹性限度:弹性介质保持弹性的最大外力.(1)弹性模量弹性形变:弹性介质在弹性限度内发生的形变.§13.1机械波TheVibrationandWave线变:固体棒或金属丝在外力的作用下,长度发生变化.由胡克定律知,在弹性限度内:LL+L§13.1机械波TheVibrationandWave式中E:杨氏模量,为与
7、材料有关的常数,单位(Pa)切变:物体的两侧面受到与侧面平行的力偶作用时所发生的形变—剪切变形(切变)。FF同样有:ddjD=切变角:FS应力§13.1机械波TheVibrationandWaveG:切变模量,是与材料有关的常数,单位(Pa)体变:物体受到压力或张力作用时,体积会发生变化.同样有:FFFF§13.1机械波TheVibrationandWaveK:体积模量,是与材料有关的常数,单位(Pa)(2)波速液体和气体中的弹性纵波液体和气体只有体变弹性,其中只能传播相应的弹性纵波:理想气体:§13.1机械波TheVibrationandW
8、ave固体中的弹性纵波和横波固体既能发生体变,也能产生切变和线变,所以固体中既能传播弹性纵波,也能传播弹性横波.在软绳或弦线中的横波：§13.1机械波TheVibr
