第11讲机械波的产生和传播优秀课件.ppt
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1、第11讲机械波的产生和传播第1页,本讲稿共35页振动状态在空间的传播形成波动,简称波。振动状态在空间的传播形成波动,简称波。激发波动的振动系统称为波源。激发波动的振动系统称为波源。机械振动在弹性介质中的传播称为机械振动在弹性介质中的传播称为机械波机械波:周期性变化的电磁场在空间的传播称为周期性变化的电磁场在空间的传播称为电磁电磁波波,它包括:来自太阳的光辐射、热辐射、各种,它包括:来自太阳的光辐射、热辐射、各种波段的无线电波、波段的无线电波、x 射线、射线、射线等等。射线等等。可见,可见,“波波”是连接人体感官和周围环境的桥梁。是连接人体感官和周围环境的桥梁。水面的涟猗、构成一切音响的声波,都
2、是机械波。水面的涟猗、构成一切音响的声波,都是机械波。人类就生活在这各种各样波的人类就生活在这各种各样波的“海洋海洋”之中之中11.1 11.1 波的基本概念波的基本概念一、波是振动状态的传递一、波是振动状态的传递第2页,本讲稿共35页 当波在介质中传播时,介质中当波在介质中传播时,介质中的质元并不随波逐流,它们仅在平的质元并不随波逐流,它们仅在平衡位置附近振动。衡位置附近振动。波是与振动密切关联的。波是与振动密切关联的。例如由南太平洋风暴在海面产例如由南太平洋风暴在海面产生的长波,以每小时生的长波,以每小时 60km 或更高或更高的速度传来(比风速更快,因而有的速度传来(比风速更快,因而有经
3、验的渔民根据长波的出现判断风经验的渔民根据长波的出现判断风暴将至,赶快寻找避风港)。暴将至,赶快寻找避风港)。但这并不意味着海洋本身以如但这并不意味着海洋本身以如此壮观的方式整体移动过来!此壮观的方式整体移动过来!潮汐与此不同,它是海洋整体潮汐与此不同,它是海洋整体运动形成的。运动形成的。第3页,本讲稿共35页传播开去的只是振动状态。传播开去的只是振动状态。这就是波的职能。这就是波的职能。在波动过程中,水分子并没有向远处移动。在波动过程中,水分子并没有向远处移动。因此当我们描写与波相联系的运动时,必须区因此当我们描写与波相联系的运动时,必须区分出运动的两个方面分出运动的两个方面:a.波在介质中
4、的传播;波在介质中的传播;b.介质中粒子的运动。介质中粒子的运动。第4页,本讲稿共35页二、波动的特征二、波动的特征 波动具有一定的传播速度,并伴随着能量的输运。波动具有一定的传播速度,并伴随着能量的输运。可入性指在空间同一区域可同时经历两个或可入性指在空间同一区域可同时经历两个或两个以上的波,因而波可以叠加。两个以上的波,因而波可以叠加。干涉和衍射是干涉和衍射是波所特有的现象,波所特有的现象,观察干涉、衍射现象是鉴别波观察干涉、衍射现象是鉴别波动过程最有力的手段。动过程最有力的手段。波动具有可入性和可叠加性。波动具有可入性和可叠加性。固定空间一点来看,此处的振动具有时间周固定空间一点来看,此
5、处的振动具有时间周期性;而固定一个时刻来看,空间各点的振动分期性;而固定一个时刻来看,空间各点的振动分布又具有空间周期性。布又具有空间周期性。波动具有时间和空间周期性。波动具有时间和空间周期性。第5页,本讲稿共35页三、多种多样的波按按物理性质物理性质分:机械波、电磁波、物质波等。分:机械波、电磁波、物质波等。对机械波按对机械波按频率频率分:次声波、声波、超声波分:次声波、声波、超声波根据次声波能量可测出爆炸的当量级。次声波可在地表传播很远距离。次声武器。一般只伤害人员,不会造成环境污染 地震、火山爆发、核爆炸等都会产生强烈次声波。次声波频率低于20Hz的声波,传播远,穿透力强第6页,本讲稿共
6、35页超声波无损检测探头探头探头探头工件工件工件工件TBTB探头探头探头探头工件工件工件工件TBTB缺陷缺陷缺陷缺陷 超声波的特点是频率高、波长短,衍射不严重,因而具有良好的定向传播特性。其穿透本领很强。第7页,本讲稿共35页 胎儿的超声波影象第8页,本讲稿共35页 声纳第9页,本讲稿共35页第10页,本讲稿共35页质元振动方向与波的传播方向相互垂直的波横波:按波的按波的传播方向和振动方向间的关系传播方向和振动方向间的关系分:分:第11页,本讲稿共35页纵波:质元振动方向与波传播方向相互平行的波 空气(或任何流体)中的声波是一种纵波。有些波既有横波分量同时也具有纵波分量。有些波既有横波分量同时
7、也具有纵波分量。混合波:混合波:例如水面波、地震波等例如水面波、地震波等 第12页,本讲稿共35页按照传播的按照传播的空间维数空间维数分:一维波(沿弦线)、二维波分:一维波(沿弦线)、二维波(表面波)和三维波;(表面波)和三维波;按按波源扰动的方式波源扰动的方式分:脉冲波、持续波;分:脉冲波、持续波;按波传播过程中按波传播过程中波面形状波面形状分:平面波、球面波、柱分:平面波、球面波、柱面波等。面波等。第13页,本讲稿共35页 尽管各种类型波的性质不同,但它们有相似的波动微分方程和波函数,且都具有波动特有的现象,如折射、反射、干涉和衍射等。量子论揭示,波动不仅存在于宏观世界,甚至于单个的电子、
8、质子、中子等微观粒子,它们也具有波的性质,称之为物质波。不过,物质波与宏观世界中的波有完全不同的本质。第14页,本讲稿共35页四、波场、波线和波面四、波场、波线和波面 波场波场波传播的空间区域波传播的空间区域波波阵阵面面波场中某时刻振动相位相同的点构成的曲面波场中某时刻振动相位相同的点构成的曲面波前波前某时刻波源最初的振动状态传到的波面某时刻波源最初的振动状态传到的波面波线(波射线)波线(波射线)代表波传播方向的射线代表波传播方向的射线各向同性均匀介质中,波线恒与波面垂直。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。沿波线方向各质点的振动相位依次落后。第15页,本
9、讲稿共35页波线波面波面波线平面波球面波波面波线波线波面第16页,本讲稿共35页 在均匀、无吸收的介质中,当波源作简谐振动在均匀、无吸收的介质中,当波源作简谐振动时形成的波即为时形成的波即为简谐波简谐波。简谐波是一种简谐波是一种最简单、最基本的波最简单、最基本的波,任何复杂,任何复杂的波都可以看成若干个简谐波叠加而成。的波都可以看成若干个简谐波叠加而成。简谐波是一种简谐波是一种理想化的模型理想化的模型。严格的简谐波是。严格的简谐波是无法实现的。无法实现的。平面简谐波平面简谐波:波阵面是平面的简谐波:波阵面是平面的简谐波球面简谐波球面简谐波:波阵面是球面。:波阵面是球面。五、简谐波五、简谐波(s
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