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读物理学概论振动与波动物质运动的形式多种多样，其中振动和波动是常见的两种运动形式。在本学期大学物理课程的学习中，就接触到了振动学和波动光学的内容。（一）机械波的形成及形式首先说一下机械波的形成：机械振动在弹性介质（固体、液体和气体）内传播就形成了机械波。而机械波产生的条件有两个（）、波源（）、弹性介质。众所周知，简谐振动是最基本的振动形式，而振幅、角频率以及初相是简谐振动的三个特征量，确定了这三个特征量，也就能准确地描绘出简谐振动的状态。以下为简谐振动的振动曲线。机械波的最基本形式 ：按照质点振动方向和波的传播方向的关系分为横波和纵波。横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.横波的外形特征：交替出现波峰和波谷并以一定的速度传播。 纵波：各质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波。纵波的外形特征: 交替出现“稀疏”和“稠密”区域，并以一定的速度传播。无论是横波还是纵波，都只是振动状态的传播，弹性介质中各质点只在平衡位置附近振动。（二） 波长 波的周期和频率 波速、波长：沿波传播方向两个相邻的相位差为2的振动质点之间的距离。横波：指相邻的波峰或波谷间距离；纵波：指相邻的密集或稀疏部分中心间距离。用表示，单位“米”2、周期：波前进一个波长距离所需的时间（T）。 频率 ：每点每秒变化的次数（）。 周期频率关系：3、波速：单位时间内波动的传播距离（）。波长与周期和波速的关系：波的周期或频率等于振动的周期或频率，与介质无关。波速的大小决定于介质的性质,与振源无关。波长由周期和波速决定的，因此，波长与振源和介质都有关。波速不仅与介质有关且与波型有关。在固体中：横波：纵波：G 切变模量， E 弹性模量，p密度。液体气体中：只有纵波 其中K为体积模量。声音在空气中传播速度: u=331m/s声音在水中传播速度: u=1460m/s声音在铁轨中传播速度: u=5000m/s1、波线:沿波的传播方向画一些带箭头的线；2、波面:不同波线上相位相同的点连成的曲面。3、波前:在某一时刻，由波源最初振动状态传到各点所连成的曲面。波线 波前 波面 波线 波面 波前 根据波前的形状可以把波分为平面波、球面波等。 （三）几种具体的波的产生1、水面波的传递水面波的形成机理和一维的波是不同的。它的形成主要来自于两种原因： 一种原因是平衡的结构。平衡结构的形成来自于水本身由于万有引力的作用，使水的本身具有向下的作用力。水是液体，本身具有流动性，在引力的作用下会形成一个平面。水平面就是水波上下震荡的平衡位置。因此，水面波是一种横波。 另一种原因就是形成水面失衡的原因。可以通过一个动量，比如投掷一个石子。也可以通过一个冲量，只要要使水面摆脱水面的平衡位置就可以形成水面波。 施加动量或者冲量的方式和大小，决定了波峰的大小，但是施加给水的冲量或者动量的方向，决定了波的传递方向。从介质的传递过程来看波的传递问题，那么水面波的传递仍然可以看作水介质对作用的直线传递。当然，不包括在非均匀介质面上的传播，比如水面存在物体。 液面波的传递速度依赖于液体的粘滞系数，粘滞系数越小的液体，其传递速度越快。2、空气中的声波如图：敲击铜锣，铜锣面会在平衡位置震动，这样导致铜锣面周期性的给空气分子施加作用，使和铜锣面碰撞的空气分子的运动速度、动量、密度等发生周期性的变化。空气分子都在无序的运动，因此空气中的声波的传递速度依赖于空气分子的运动速度。波的传递特性的结论，（声波的频率越高，声源给于空气分子的增量速度越大）那么频率越高的声波，其传递速度越快。声波的传递速度可以近似（因为空气分子声波的增量运动速度随距离存在衰减）表示为：v声=v+v最大增量 v声表示声波的传递速度，v气体介质的传递速度，v最大增量表示声源给与气体的最大增量速度。（气体分子和声源碰撞碰撞后的速度减去气体分子的运动速度，这里所指的是声源给与气体分子的最大增量速度） 因此声波的传递速度要略大于气体分子的平均运动速度。但是在固体和液体中的声波传递速度由于受固体和液体介质的限制，传递速度为常数。声波的传递速度和空气分子的运动速度有一定的关系，即通常所说得和温度有一定的关系。 由于气体分子之间的碰撞是无序碰撞，那么声波的传递则是以声源为中心的辐射状，我们在气体介质对声波的传递上，仍然可以看作是直线传递。3、超声波 超声波和普通的声波的不同之处在于它的频率比普通的声波的频率要高，频率高于20000Hz的机械纵波叫做超声波。超声波产生的方法大致可以分成电声型和机械型两类。电生型超声波发生器是利用具有压电效应或磁致伸缩的晶体在周期性变化的电场或磁场作用下发生振动，将电磁能转变为超声波的能量。机械型超声波发生器是用高压流体为动力来产生超声波。超声波的特点是频率高，波长短，声强大，从而具有良好的定向传播特性和穿透本领。超声波对物质的作用有机械作用、空化作用、热作用、化学作用、生物作用等等，从而在技术上有着广泛的应用。次声波 频率低于20Hz的机械纵波叫做次声波。他的特点是频率低、波长小，衰减极小，能远距离传播。次声波的产生与地球、海洋、大气的大规模运动有密切关系，所以次声成为研究火山爆发、地震、云石落地、大气湍流、雷暴、磁暴等的有力工具。4、液体波 液体波是液体介质对动量的直接传递。因此液体波是纵波。如图： 均匀的液体对动量的传递同样具有直线传递的特征。比如炸药在水中爆炸。液体波的振幅衰减很快。远不如液面波具有比较长时间保持波的稳定性。 液体波的传递速度依赖于液体的压缩性，或者说刚性。压缩性越小的液体对液体波的传递速度越快。在这里顺便说一下冲击波的横向传递，一般情况下液体波是纵波，但是当遇到障碍物的时候，会出现波绕过障碍物的趋势，这个绕过的过程并且使波脱离开原有的直线传递方向的传播过程，就可以看作是横向传递，通常所说的横波。它是由于液体分子之间的摩擦力、粘滞力所造成的。5、固体波 固体的分子和原子存在确定的稳定性的结构，因此，固体为介质的波和气体、液体存在着一定的不同。这个不同就在于给固体施加一个动量的作用，在沿施加动量的方向上，存在纵波的传递，在垂直于施加动量的方向，存在横波的传递。给固体任何一个动量的作用，都会存在着两种波。 固体波的传递速度和固体的刚性有关系，刚性越大，其传递速度越快。（四） 波的叠加、衍射、干涉1、 波动满足叠加原理：当几列波相遇时，相遇区域内每一点的振动等于各烈波独立传播时在该点引起的振动的矢量和。2、 波的干涉当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列波在空间相遇时，在叠加区域内，合成波在空间个点的强度并不等于两份波强度之和。即波的能量在空间重新分布，这种分布在时间上是稳定的，在空间上是强弱相间、周期性排列的。我们把这种现象叫做波的干涉现象。水波的干涉条纹3、 波的衍射 当波遇到障碍物时能够绕过障碍物能够进入几何阴影区的现象叫做波的衍射。（五）生活中的振动在