《大学物理学》课程教学资源（PPT课件）第06章 机械波

第6章机械波S6-1机械波的形成和传播s6-2平面简谐波的波动方程86-3波的能量S6-4惠更斯原理、波的叠加和于涉s6-5驻波S6-6多普勒效应章日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 第6章 机械波 §6-1 机械波的形成和传播 §6-2 平面简谐波的波动方程 §6-3 波的能量 §6-4 惠更斯原理、波的叠加和干涉 §6-5 驻波 §6-6 多普勒效应

前言1、什么是波动C波动是振动在空间上的传播过程。二常见的波有：声波1）机械波：机械振动在连续弹性介质中的传播。例如声波、水波等。2）电磁波：交变电磁场在真空或介质中的传播。3）物质波：实物所表现的波动性。2、机械波与电磁波本质不同，传播机理不同，基本传播规律却相同。水波类似的波动方程，传播过程中均伴有能量的传播，能产生反射、折射、千涉、衍射等现象。章日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 前 言 1、什么是波动 常见的波有： 波动是振动在空间上的传播过程。 1）机械波：机械振动在连续弹性介质中的传播。例 如声波、水波等。 2）电磁波：交变电磁场在真空或介质中的传播。 3）物质波：实物所表现的波动性。 2、机械波与电磁波本质不同，传播机理不同，基本传播 规律却相同。 类似的波动方程，传播过程中均伴有能量的传播，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。 声波 水波

S6-1机械波的形成和传播机械波产生的条件机械波：机械振动在连续介质内的传播叫做机械波。1、波源（振源）：有作机械振动的物体。2、连续介质：承担传播振动的物质。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。如果波源是简谐振动且介质是理想介质（各向同性均勺无限大）各部分振动的回复力是弹性力，则称为简谐波。二、横波与纵波横波：介质个部分振动的振动方向与波的传播方向垂直。纵波：介质个部分振动的振动方向与波的传播方向平行。节回录幸日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 1、波源（振源）：有作机械振动的物体。 机械波：机械振动在连续介质内的传播叫做机械波。 2、连续介质：承担传播振动的物质。 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。 横波：介质个部分振动的振动方向与波的传播方向垂直。 纵波：介质个部分振动的振动方向与波的传播方向平行。 如果波源是简谐振动且介质是理想介质（各向同性均匀无限大）各部分振动的回 复力是弹性力，则称为简谐波。 一、机械波产生的条件 二、横波与纵波

S6-1机械波的形成和传播1、横波(1)当波源完成一个周期的振动，就发出一个完整的波形。(2)沿着波的传播方向向前看去，前面质元的振动位相落后于波源的位相。（3）横波使介质产生切变，只有能承受切变的物体（固体）才能传递横波。章日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 1、横波 （1）当波源完成一个周期的振动，就发出一个完整的波形。 （2）沿着波的传播方向向前看去，前面质元的振动位相落后于波源的位相。 （3）横波使介质产生切变，只有能承受切变的物体（固体）才能传递横波

S6-1机械波的形成和传播2、纵波Y(1)当波源完成一个周期的振动，就发出一个完整的波形。（2）沿着波的传播方向向前看去，前面质元的振动位相落后于波源的位相。（3）纵波使介质产生体变或长变，固体、气体、液体都能承受这些形变，所以纵波在三种介质中都能传播。章日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 2、纵波 （1）当波源完成一个周期的振动，就发出一个完整的波形。 （2）沿着波的传播方向向前看去，前面质元的振动位相落后于波源的位相。 （3）纵波使介质产生体变或长变，固体、气体、液体都能承受这些形变，所以纵波 在三种介质中都能传播

S6-1机械波的形成和传播三、波线与波面波线波线波波前波场面波面球面波平面波波场：波所传播到的空间。波线：代表波的传播方向的射线。波面：振动传播时相位相同的点所组成的面。波前（波阵面）：最前面的一个波面在各向同性的介质中，波线恒与波面垂直。节回录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 波场：波所传播到的空间。 波线：代表波的传播方向的射线。 波面：振动传播时相位相同的点所组成的面。 在各向同性的介质中，波线恒与波面垂直。 波前（波阵面）：最前面的一个波面。 平面波 球面波 波线 波 面 波面 波线 波场 波 前 三、波线与波面

S6-1机械波的形成和传播1、形变的分类2、形变的度量四、物体弹性形变长变、容变、切变胁变（应变）长变：A1-lo云长胁变：CloloAVV-Vo容变：容胁变：VoVod切变：切胁变：tan@2hh章日录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 １、形变的分类 长变、容变、切变 ２、形变的度量 胁变（应变） 长胁变： 0 0 0 l l l l l  = − 容胁变： 0 0 0 V V V V V  = − tan d h   =  长变： 0 l l F  F  S 容变： 切变： S F   h d  V V0 P S 切胁变： 四、物体弹性形变

S6-1机械波的形成和传播3、胁强（应力)弹性模量（应变）与胁强（应力）成正比虎克定律：协变E-F杨氏模量N长变E1sAVB体变模量体变-BP一V.FG切变切变模量=GΦs15、形变能量密度：W(弹性模量)(应变)22WGdGtg0R222章日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 ３、胁强（应力） 虎克定律：协变（应变）与胁强（应力）成正比 弹性模量 ５、形变能量密度： G──切变模量 F l E S l  = E──杨氏模量 B──体变模量 F G S =  0 V P B V  = − 切变 长变 体变 2 0 1 Y( ) 2 p l w l  = 2 0 1 B( ) 2 p V w V  = 1 1 Gtg G 2 2 2 2 wp =    1 2 wp = (弹性模量)(应变) 2

S6-1机械波的形成和传播五、描述波动的几个物理量1、波速u某个振动状态（即位相）在介质中传播的速度，波速又叫相速。波速决定于介质的力学性质：弹性和惯性（介质的弹性模量和密度）。u1=%固体中横波的波速ul= /E纵波的波速地震时，纵波总是先到达地表，而横波总同一固体媒质中落后一步ur<uu/ = /%液体和气体中纵波的波速幸日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 1、波速u 某个振动状态（即位相）在介质中传播的速度， 波速又叫相速。 波速决定于介质的力学性质：弹性和惯性（介 质的弹性模量和密度）。  u = G ⊥  u = E // 固体中横波的波速  u = B 液体和气体中纵波的波速 // 纵波的波速 同一固体媒质中 u⊥  u// 地震时，纵波总是先到达地表，而横波总 落后一步 五、描述波动的几个物理量

S6-1机械波的形成和传播注意波速与振速的区别：ay-Asin (t - =) + polU振atudx波速决定于介质的力学性质u波dt2、波动周期周期T：一个完整波形通过波线上的某固定点所需的时间。频率v：单位时间内通过介质中某固定点完整波的数目。12元TV0在波源相对于介质为静止时，波动周期等于波源振动周期。幸日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §6-1 机械波的形成和传播 注意波速与振速的区别：  = − sin[( − ) +0 ]   = u x A t t y 振 d d x u t 波 = 波速决定于介质的力学性质 2、波动周期 周期T ：一个完整波形通过波线上的某固定点所需的时间。 频率 ：单位时间内通过介质中某固定点完整波的数目。 2π 1 T   = = 在波源相对于介质为静止时，波动周期等于波源振动周期