《大学物理》课程PPT教学课件（二）第14章 波的产生和传播——有关机械波的基本概念、波动过程的描述

第十四章破的产生和传播(4学时 波源处质点的振动通过弹 性介质中的弹性力将振动传 播开去,从而形成机械波。 波动的特点: (1)每个质点只在平衡位置附近振动,不向前运动。 (2)后面质点重复前面质点的振动状态,有位相落后。 (3)所有质点同一时刻位移不同,形成一个波形。 (4)振动状态、波形、能量向前传播

第十四章 波的产生和传播 波动的特点： （1）每个质点只在平衡位置附近振动，不向前运动。 （2）后面质点重复前面质点的振动状态，有位相落后。 （3）所有质点同一时刻位移不同，形成一个波形。 （4）振动状态、波形、能量向前传播。 波源处质点的振动通过弹 性介质中的弹性力将振动传 播开去，从而形成机械波。 （4学时）

有关机械波的基本概念 1机械波:机械振动在介质中的传播过程称为机械波 A.前提条件: 存在波源;存在传播振动的弹性介质 B波动产监的物理机制 波是振动质点带动邻近质点振动,由近及远 向外传递振动的结果;是振动的向外传递,不是介 质质点自身向外运动的结果。 波动(wmve)(或行波)是振动状态的传播,是能 量的传播,而不是质点的传播

一 有关机械波的基本概念 1.机械波：机械振动在介质中的传播过程称为机械波 A.前提条件： 存在波源；存在传播振动的弹性介质 B.波动产生的物理机制： 波是振动质点带动邻近质点振动，由近及远 向外传递振动的结果；是振动的向外传递，不是介 质质点自身向外运动的结果。 波动(wave) (或行波)是振动状态的传播，是能 量的传播，而不是质点的传播

2机械波的种类:纵波和横波 纵波:振动方向与波的传播方向平行的波,称为纵波 纵波依靠介质纵向的弹性使振动由近及远向外传播。 纵波可在固体、液体、气体中传播 纵波的特征是有稀密相间的不同介质区域。 横波:振动方向与传播方向垂直的波称为横波 横波依靠介质切向的弹性使振动由近及远向外传播 横波只能在固体中传播。 横波的特征是有凹凸的波峰、波谷

纵波：振动方向与波的传播方向平行的波，称为纵波 2.机械波的种类：纵波和横波 纵波依靠介质纵向的弹性使振动由近及远向外传播。 纵波可在固体、液体、气体中传播 横波的特征是有凹凸的波峰、波谷。 横波依靠介质切向的弹性使振动由近及远向外传播 横波：振动方向与传播方向垂直的波称为横波 横波只能在固体中传播。 纵波的特征是有稀密相间的不同介质区域

问题 最近朝鲜核问题成为世界瞩目 的焦点,对于战略武器限制条约的检查, 困难之一是对地下原子弹试验和自然地震 不易区分,这是:(错 1对 2错 3.不知道

最近朝鲜核问题成为世界瞩目 的焦点，对于战略武器限制条约的检查， 困难之一是对地下原子弹试验和自然地震 不易区分，这是：( ) 错 问题 3.不知道。 1.对 2.错

世界上有两种波—横波和纵波,当岩体 突然断裂产生切变时发生地震。断裂减轻了切 变,同时岩矿体发生短暂的颤动,颤动时发出 波。一次地震能发出所有类型的波。 另方面,爆炸只发出一种纵波。仅有纵波 的“地震”,总是人为的“地震”,这是无法 保守的秘密

另方面，爆炸只发出一种纵波。仅有纵波 的“地震”，总是人为的“地震”，这是无法 保守的秘密。 世界上有两种波——横波和纵波，当岩体 突然断裂产生切变时发生地震。断裂减轻了切 变，同时岩矿体发生短暂的颤动，颤动时发出 波。一次地震能发出所有类型的波

二波动过程的描述 ①描述浪动性的几个物理量 (1).波长():沿波传播直线上两个相邻同相点 (相位差为2m)之间的距离。 一个波长范围内包含了一个“完整的波”,即包 含了质点振动的各种可能振动步调(相位) 描述波的空间周期性k 空间频率 (2)频率(V):单位时间内给定的完整波的个数。 周期(门:传递一个完整波所需的时间。或:频 率的倒数 描述波动的时间周期性|=7时间频率

二 波动过程的描述 描述波的空间周期性  1 k = 空间频率 描述波动的时间周期性 T 1  = 时间频率 描述波动性的几个物理量 (2).频率( )：单位时间内给定的完整波的个数。 周期(T)：传递一个完整波所需的时间。或：频 率的倒数  (1).波长( )：沿波传播直线上两个相邻同相点 （相位差为2π）之间的距离。 一个波长范围内包含了一个“完整的波”，即包 含了质点振动的各种可能振动步调(相位) 

(3)波速u单位时间波向外传播完整波数对应的距离 时间周期性在一个周期内,某一个确定的振动状态 空间周期性∫(相位)在空间正好传播一个波长 振动相位传播的速度:L=2=v 波的传播速度等 入 于振动的相位传 播速度

波的传播速度等 于振动的相位传 播速度 (3) 波速u 单位时间波向外传播完整波数对应的距离 时间周期性 空间周期性 在一个周期内，某一个确定的振动状态 （相位）在空间正好传播一个波长。 振动相位传播的速度：    = =  T u  u

注意:1L相位传播速度:在各向同性介质中为常数 V质点振动速度 度:p, d,r sin(mt+g) dt 者在同一直线上:纵波 二者互相垂直:横波 波速由介质的性质:v=1/弹单性模量 纵波v= V介质密度 V流体: 固体火横波m B P 纵波 弦上波=V 教材第415页

注意： 相位传播速度：在各向同性介质中为常数 质点振动速度: sin( ) d d = = −   +0 A t t y v u v 二者在同一直线上：纵波 二者互相垂直： 横波 波速由介质的性质决定： 介质密度 弹性模量 u = 教材第415页 固体：    T u G u Y u = = = 弦上波 横波 纵波 流体：  B 纵波 u =

②波动性的几何描述 点切线方向为该点波传播方向。,其上任 波线:由波源出发,沿波传播方向的线 波面:某时刻介质中同相点的集合。(球面波,柱 面波,平面波) 波前:传在最前面的波面 波面波线 波面波线 在各向同性均匀介质中,波线为直线,波线与波面垂直

波动性的几何描述 波线： 由波源出发，沿波传播方向的线， 其上任一 点切线方向为该点波传播方向。 波面： 某时刻介质中同相点的集合。（球面波,柱 面波,平面波 ...） 波前： 传在最前面的波面 在各向同性均匀介质中，波线为直线，波线与波面垂直 波 面 波 线 波面 波线

③波动性的数学描述平面简谐波的波函数 简谐振动简谐波 波源及介质中各质点均作谐振动 时间上都是无限重复变化着的;·它在空间和 简谐浪是单一频率的理想化的波 任何实际的波与之有着极大的区别,但它总可以 看成是多个不同频率和振幅的简谐浪的叠加。 最基本、最简单、最重要的是平面简谐波!

波动性的数学描述 ——平面简谐波的波函数 波源及介质中各质点均作谐振动 简谐振动 简谐波 最基本、最简单、最重要的是平面简谐波！ 简谐波是单一频率的理想化的波，它在空间和 时间上都是无限重复变化着的； 任何实际的波与之有着极大的区别，但它总可以 看成是多个不同频率和振幅的简谐波的叠加