高等教育出版社：《物理学教程》教材电子教案（PPT课件，马文蔚第四版）第十五章 机械波 15-01 机械波的几个概念

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 波动是振动的传播过程， 振动是激发波动的波源 「机械波机械振动在弹性介质中的传播 波动 电磁波交变电磁场在空间的传播。 两类波的不同之处 冬机械波的传播需 日能量传播 有传播振动的介质； 日反射 日折射 冬电磁波的传播可 不需介质. 两类波的共同特征 日干涉 日衍射

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 波动是振动的传播过程. 振动是激发波动的波源. 机械波 电磁波 波动 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 有传播振动的介质; ❖电磁波的传播可 不需介质. 能量传播 反射 折射 干涉 衍射 两 类 波 的 共 同 特 征

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 机械波的形成 机械波：机械振动在弹性介质中的传播， 产生条件：1)波源；2)弹性介质。 波源 十 弹性作用 介质 机械波 波是运动状态的传播，介质的 质点并不随波传播

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 波源 介质 + 弹性作用 机 械 波 一 机械波的形成 产生条件：1）波源；2）弹性介质. 波是运动状态的传播，介质的 质点并不随波传播. 注意 机械波：机械振动在弹性介质中的传播

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 二 横波与纵波 横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波， (仅在固体中传播) =T/4 =T/2 =3T/4 t=T 特征：具有交替出现的波峰和波谷

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波. （仅在固体中传播 ） 二 横波与纵波 ➢ 特征：具有交替出现的波峰和波谷

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波. (可在固体、液体和气体中传播) s4 特征：具有交替出现的密部和疏部

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波. （可在固体、液体和气体中传播） ➢ 特征：具有交替出现的密部和疏部

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 三波长波的周期和频率波速 ▣波长入：沿波的传播方向，两个相邻的、相 位差为2π 的振动质点之间的距离，即一个完整 波形的长度

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 三 波长 波的周期和频率 波速  波长 ：沿波的传播方向，两个相邻的、相 位差为 的振动质点之间的距离，即一个完整 波形的长度.  2π O y A - A  u x 

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 日周期T:波前进一个波长的距离所需要 的时间. 日频率V：周期的倒数，即单位时间内波 动所传播的完整波的数目. v=1/T 日波速：波动过程中，某一振动状态 (即 振动相位)单位时间内所传播的距离（相速）· 入 u =λy 人==Tu 周期或频率只决定于波源的振动！ 波速只决定于媒质的性质！

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波  周期 ：波前进一个波长的距离所需要 的时间. T  =1 T    = = T u Tu u = =    频率 ：周期的倒数，即单位时间内波 动所传播的完整波的数目.   波速 ：波动过程中，某一振动状态（即 振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）. u 注意 周期或频率只决定于波源的振动! 波速只决定于媒质的性质！

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 波速与介质的性质有关，P为介质的密度. G切变模量 横波 固体 E弹性模量 纵波 K体积模量 液、气体u= \P 343m/s空气，常温 如声音的传播速度 L4000m/s左右，混凝土

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 波速 u 与介质的性质有关，  为介质的密度. 如声音的传播速度 4000 m s 343 m s 空气，常温 左右，混凝土  G u =  E u =  K u = 横 波 固体 纵 波 液、气体 切变模量 弹性模量 体积模量

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 四波线波面波前 波前 波面 球面波 波线 平面波

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 四 波线 波面 波前 *   球 面 波 平 面 波 波前 波面 波线

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 例1在室温下，已知空气中的声速u1为340m/s, 水中的声速u2为1450m/s,求频率为200Hz和2000Hz 的声波在空气中和水中的波长各为多少？ 由见=%， 解 频率为200Hz和2000Hz的声波在 空气中的波长 41=340ms -=1.7m 2=4=0.17m 1 200Hz 在水中的波长 1450ms =7.25m5=4=0,725m V 200Hz V

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 例1 在室温下，已知空气中的声速 为340 m/s， 水中的声速 为1450 m/s ，求频率为200 Hz和2000 Hz 的声波在空气中和水中的波长各为多少？ 1 u u2 1.7 m 200Hz 340m s 1 1 1 1 =  = = -   u 0.17 m 2 1 2 = =   u 7.25 m 200Hz 1450m s 1 1 2 1 =   = = -   u 0.725 m 2 2 2  = =   u 在水中的波长 解 由 ，频率为200 Hz和2000 Hz 的声波在   u = 空气中的波长

15-1机械波的几个概念 第十五章机械波 例2假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程 进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的 传播过程可看作绝热过程。 (1)视空气为理想气体，试证声速u与压强P的关 系为u=√P/p,与温度T的关系为u=VRT/M. 式中Y为气体摩尔热容之比，P为密度，R为摩尔气体常 数，M为摩尔质量. 解(1)气体中纵波的速度u=VKpK=-y业 pV”=常量 nyrdv+V7dp =0 dp K=YP u=m/p dy V 由理想气体状态方程 Mp P= RT u=YRT/M

15 – 1 机械波的几个概念 第十五章 机械波 解 （1）气体中纵波的速度 u = K  V p K V d d = - pV =常量 d d 0 1 + = - pV V V p    V p V p  = - d d K = p u = p  RT Mp 由理想气体状态方程  = u = RT M 例2 假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程 进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的 传播过程可看作绝热过程. （1）视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关 系为 ，与温度 T 的关系为 . 式中 为气体摩尔热容之比， 为密度，R 为摩尔气体常 数，M 为摩尔质量. u = p  u = RT M   u p