第2篇-振动与波-机械波ppt课件.ppt

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1、新编基础物理学普通物理教研室第二篇机械振动、机械波第6章机械波波动的基本知识平面简谐波波函数波的能量惠更斯原理、波的叠加原理波的干涉、驻波振动和波动的关系：机械波、电磁波、物质波振动——波动的成因波动——振动的传播波动的种类：3机械波的形成能传播机械振动的媒质（空气、水、钢铁等）2介质作机械振动的物体（声带、乐器等）1波源波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播.注意4横波与纵波1横波特点：波传播方向上各点的振动方向与波传播方向垂直5特点：质点的振动方向与波传播方向一致2纵波（又称疏密波）例如：弹簧波、声波63复杂波（本章研究对象）特点：波源及介质中各点均作简谐振动特点：复杂波

2、可分解为横波和纵波的合成例如：地震波简谐波7波长波的周期和频率波速OyAA-波传播方向上相邻两振动状态完全相同的质点间的距离（一完整波的长度）.1波长8横波：相邻波峰——波峰　波谷——波谷纵波：相邻波疏——波疏　波密——波密92周期T波传过一波长所需的时间，或一完整波通过波线上某点所需的时间.3频率单位时间内波向前传播的完整波的数目.（1内向前传播了几个波长）10决定于介质的性质（弹性模量和密度）波在介质中传播的速度4波速钢铁中水中例如，声波在空气中11四个物理量的联系注意周期或频率只决定于波源的振动波速只决定于介质的性质12波线波面波前振动相位相同的点组成的面称为波阵面1波线2

3、波阵面波的传播方向任一时刻波源最初振动状态在各方向上传到的点的轨迹.波前是最前面的波阵面13性质（3）各向同性介质中，波线垂直于波阵面.（2）波阵面的推进即为波的传播.（1）同一波阵面上各点振动状态相同.14分类（1）平面波（2）球面波15平面简谐波的波函数设有一平面简谐波沿轴正方向传播，波速为，坐标原点处质点的振动方程为OPx16表示质点在时刻离开平衡位置的距离.OPx考察波线上点(坐标),点比点的振动落后,点在时刻的位移是点在时刻的位移，由此得17由于为波传播方向上任一点，因此上述方程能描述波传播方向上任一点的振动，具有一般意义，即为沿轴正方向传播的平面简谐波的波函数，又称波

4、动方程.18可得波动方程的几种不同形式：利用和19波函数质点的振动速度，加速度20波函数的物理含义（波具有时间的周期性）则令1一定，变化表示点处质点的振动方程（的关系）21波线上各点的简谐运动图22令（定值）则yox2一定变化该方程表示时刻波传播方向上各质点的位移,即时刻的波形（的关系）23方程表示在不同时刻各质点的位移，即不同时刻的波形，体现了波的传播.O3、都变24OPx如图，设点振动方程为点振动比点超前了4沿轴方向传播的波动方程25从形式上看：波动是波形的传播.从实质上看：波动是振动的传播.对波动方程的各种形式，应着重从物理意义上去理解和把握.故点的振动方程（波动方程）为：

5、26例一平面简谐波以速度沿直线传播，波线上点A的简谐运动方程求:(1)以A为坐标原点，写出波动方程；(2)以B为坐标原点，写出波动方程；(3)求传播方向上点C、D的简谐运动方程；(4)分别求出BC，CD两点间的相位差.ABCD5m9m8m单位分别为m，s).,;(27(1)以A为坐标原点，写出波动方程ABCD5m9m8m(m)28(2)以B为坐标原点，写出波动方程ABCD5m9m8m(m)29(3)写出传播方向上点C、D的运动方程点C的相位比点A超前ABCD5m9m8m(m)30点D的相位落后于点AABCD5m9m8m(m)31(4)分别求出BC，CD两点间的相位差ABCD5m9

6、m8m32波动能量的传播波的传播是能量的传播，传播过程中，介质中的质点运动，具有动能，介质形变具有势能.pWkW1波的能量33以棒中传播的纵波为例分析波动能量的传播.振动动能xOxO34弹性势能xOxO35xOxO36体积元的总机械能xOxO37讨论体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能均最大.体积元的位移最大时，三者均为零.(1)在波动传播的介质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随作周期性变化，且变化是同相位的.38(2)任一体积元都在不断地接收和放出能量，即不断地传播能量.任一体积元的机械能不守恒.波动是能量传递的一种方式.xOxO39能量密度：单位体积介质中的波动能量

7、平均能量密度：能量密度在一个周期内的平均值xOxO40球面波平面波介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.惠更斯原理O41波的衍射水波的衍射波在传播过程中遇到障碍物，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.波的衍射42波的干涉1波的叠加原理波传播的独立性：两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰.波的叠加性：在相遇区，任一质点的振动为二波单独在该点引起的振动的合成.43频率相同、振动方向平行、相