大学物理第六章机械波

1、P.1/37机械波机械波2021-10-316.1 6.1 机械波的产生、传播和描述机械波的产生、传播和描述6.2 6.2 平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数6.3 6.3 波的能量波的能量6.4 6.4 惠更斯原理波的衍射、反射和折射惠更斯原理波的衍射、反射和折射6.5 6.5 波的干涉波的干涉6.6 6.6 驻驻 波波6-7 6-7 多普勒效应多普勒效应6.8 6.8 声波超声波次声波声波超声波次声波P.2/37机械波机械波2021-10-31第6章 机械波机械波振动振动:于平衡位置，无随波逐流于平衡位置，无随波逐流波动波动: : 振动的传播过程振动的传播过程 ：机械振动在弹性介质中的传

2、播机械振动在弹性介质中的传播过程过程交变电磁场在空间的传播过程交变电磁场在空间的传播过程微观粒子的运动，其本身具微观粒子的运动，其本身具有的波粒二象性有的波粒二象性 具有一定的传播速度，且都伴有能具有一定的传播速度，且都伴有能量的传播。能产生反射、折射、干涉量的传播。能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。和衍射等现象。P.3/37机械波机械波2021-10-31 6.1 机械波的产生、传播和描述机械波的产生、传播和描述Yx0u 与媒质的性质有关与媒质的性质有关机械波机械波一群质点一群质点，以弹性力相联系。其中以弹性力相联系。其中一个质点一个质点在外力在外力 作用作用下振动，引起其他质点下振动，引

3、起其他质点也相继振动也相继振动. .媒质媒质波源波源1. 波源波源被传播的机械振动被传播的机械振动 2. 弹性介质弹性介质能够传播机械振动得介质。能够传播机械振动得介质。 任意质点离开平衡位置会受到弹性力任意质点离开平衡位置会受到弹性力作用。在波源发生振动后，由于弹性力作用。在波源发生振动后，由于弹性力作用，会作用，会带动带动邻近的质点也以同样的频邻近的质点也以同样的频率振动。这样，就把振动传播出去率振动。这样，就把振动传播出去。 故机械振动只能在弹性介质故机械振动只能在弹性介质中传播。中传播。 P.4/37机械波机械波2021-10-316.1.2 6.1.2 横波与纵波横波与纵波横波： 质

4、点的振动方向与波的传播方向垂直纵波： 质点的振动方向与波的传播方向平行软绳软弹簧波的传播方向质点振动方向波的传播方向质点振动方向横波存在波腹和波谷。横波存在波腹和波谷。纵波存在相间的稀疏和稠密区域。纵波存在相间的稀疏和稠密区域。P.5/37机械波机械波2021-10-31从波源沿各传播方向所画的带箭头从波源沿各传播方向所画的带箭头的线，用以表示波的传播路径和传播方向。的线，用以表示波的传播路径和传播方向。 波面波面波波线线波面波面波波线线球面波球面波平面波平面波 最前面的那个波面称为最前面的那个波面称为。 波在传播过程中波面有无穷多个。波在传播过程中波面有无穷多个。在各向同性介质中波线和波面垂

5、直。在各向同性介质中波线和波面垂直。波在传播过程中，所有波在传播过程中，所有振动相位相同的点连成的面振动相位相同的点连成的面. .振动状态完全相同的相邻两质点之间的距离。波传播一个波长所需的时间。（该时间内波源正好完成一次全振动，（该时间内波源正好完成一次全振动，故，波动周期等于振动周期）故，波动周期等于振动周期）单位时间内传播完整波的个数。单位时间内传播完整波的个数。（等于波源的振动频率）（等于波源的振动频率）单位时间内振动状态(振动相位)的传播速度， 又称相速。机械波速取决于弹性媒质的物理性质。注意：注意：波速是振动能量或振动形式的传播，波速是振动能量或振动形式的传播， 不是质点的振动速度

6、不是质点的振动速度 ； 波速由弹性介质性质决定，频率波速由弹性介质性质决定，频率 (或周期或周期)则由波源的振动特性决定。则由波源的振动特性决定。 机械波中，横波只能在固体中出现；机械波中，横波只能在固体中出现；纵波可在气体、液体和固体中出现。纵波可在气体、液体和固体中出现。 空气中的声波是纵波。空气中的声波是纵波。液体表面的波动情况较复杂，不是单液体表面的波动情况较复杂，不是单纯的纵波或横波。纯的纵波或横波。P.6/37机械波机械波2021-10-31描述波传播到的各点的质点的描述波传播到的各点的质点的 振动状态，也叫波动表达式。振动状态，也叫波动表达式。txfy,平面波在传播过程中，波线上

7、的各质平面波在传播过程中，波线上的各质点都作同频率同振幅的简谐运动点都作同频率同振幅的简谐运动叫做叫做。设波源的振动表达式为（设波源的振动表达式为（x0）：）：tAyOcosP点处质点的振动比点处质点的振动比o点的振动落后点的振动落后xu时间时间即即t=x/u时，时，P点的振动状态与点的振动状态与O点点t=0时的状态相同。时的状态相同。 P为任意点，所以波动表达式为：为任意点，所以波动表达式为： uxtAycosP点的振动表达式：点的振动表达式：uxtAyPcos 如果波沿如果波沿x轴的负方向传播，则轴的负方向传播，则P点点的相位要比的相位要比O点的相位超前点的相位超前t=x/u uxtAyc

8、os为为uxtAycosP.7/37机械波机械波2021-10-31若波源在若波源在 xx0处，则处，则uxxtAy0cos将将22T代入上两式，代入上两式，波函数波函数也可表答为：也可表答为：uxtAtxycos),()(2cos0 xxtAy02cosxxtAy02cosxxTtAy当当 x = x 0 (常数常数) 时，时， uxtAty0cos)()(cos0uxtA表示表示x0处质元的振动表达式。处质元的振动表达式。(2) 当当 t = t 0 (常数常数) 时，时，uxtAxy0cos)()(cos0tuxA 表示各质元的位移分布函数。表示各质元的位移分布函数。对应函数曲线对应函数

9、曲线 波形图波形图P.8/37机械波机械波2021-10-31yxOx1x2u波形图的分析：波形图的分析：a.可表示振幅可表示振幅A，A波长波长；b.波形图中波形图中 x1 和和 x2 两质点的相位差两质点的相位差:)(cos11uxtAyux11)(cos22uxtAyux22xux212波程差波程差2xc.从某一时刻的波形图，经一段时从某一时刻的波形图，经一段时 间间t后的波形图：后的波形图： 将波形沿波速方向平移。将波形沿波速方向平移。 d.各质点的振动速度的方向：各质点的振动速度的方向：yxOx1x2uAutP.9/37机械波机械波2021-10-31 已知已知t=0时的波形曲线为时的

10、波形曲线为，波，波沿沿x方向传播，经方向传播，经t=1/2s后波形变为曲线后波形变为曲线。已知波的周期已知波的周期T1s，试根据图中绘出的，试根据图中绘出的条件求出波动表达式，并求条件求出波动表达式，并求A点的振动表点的振动表达式。达式。(已知已知A=0.01m)解：由图可知解：由图可知m04. 0101sm02. 02101. 0txxu波速：波速：s202. 004. 0uT2Ty(cm)x(cm)123456A原点振动表达式：原点振动表达式：)cos(tAyo0cos0时，t2, 00v此时，2)SI()2cos(01. 0tyo)(SI2)02. 0(cos01. 0 xty波动表达式

11、：波动表达式：A点振动表达式：点振动表达式：2)02. 001. 0(cos01. 0tyA(SI)cos01. 0tP.10/37机械波机械波2021-10-31 一平面简谐波在介质中以速一平面简谐波在介质中以速度度 u = 20 m/s，沿，沿x轴的负向传播。轴的负向传播。已知已知A点的振动方程为点的振动方程为y = 3cos 4 t ，(1) 以以A点为坐标原点求波函数；点为坐标原点求波函数；(2) 以距以距A点点5m处的处的B为坐标原点求波函为坐标原点求波函数。数。y 解：解： A点为坐标原点点为坐标原点)SI()20(4cos3xtyB点为原点点为原点, 波源坐标为波源坐标为m50

12、x(SI)205(4cos3xtyAxyBu)(cosuxtAy波动表式波动表式质点的振动速度：质点的振动速度：tyv)(sinuxtA质点的振动加速度：质点的振动加速度：22tytva)(cos2uxtA22xy)(cos22uxtuA由上两式可得：由上两式可得：tyuxy222221平面波的波动方程平面波的波动方程 可以证明对于无吸收的各向同性的可以证明对于无吸收的各向同性的均匀介质，在三维空间传播的一切波均匀介质，在三维空间传播的一切波动过程都满足下列方程：动过程都满足下列方程：2222222221tuzyx质点的位移质点的位移P.11/37机械波机械波2021-10-31 6.3.1

13、6.3.1 波动能量的传播波动能量的传播)(cosuxtAy波动表达式：波动表达式：xSVddxSmdd2kd21dvmW )sin(uxtAtyvVuxtAWd)(sin21d222kP.12/37机械波机械波2021-10-31VuxtAWWkd)(sin21dd222pVuxtAWWWd)(sinddd222pk (1) 介质元介质元dV的总能量：的总能量：VuxtAdsin222周期性变化周期性变化(2) 介质元的动能、势能变化是同周介质元的动能、势能变化是同周 期的，且相等。期的，且相等。(3) 机械能不守恒，因为不是孤立体系，机械能不守恒，因为不是孤立体系， 有能量传播。有能量传播

14、。(4) 峰值处峰值处0pk EE平衡位置处平衡位置处maxpk, 0EEEy：单位体积中波的能量单位体积中波的能量)(sindd222uxtAVWwtuxtATwTd)(sin122202221Aw 机械波的能量与振幅的平方、频机械波的能量与振幅的平方、频率的平方以及介质的密度成正比。率的平方以及介质的密度成正比。单位是 J m P.13/37机械波机械波2021-10-31能流：能流：单位时间内通过介质中某面积单位时间内通过介质中某面积 的波的能量。的波的能量。SuuuSwP 能流密度能流密度(波的强度波的强度)：单位时间内流过垂直于传播方单位时间内流过垂直于传播方向单位面积的波的平均能量

15、。向单位面积的波的平均能量。2221uAuwI 波在介质中传播时，介质总要吸收波在介质中传播时，介质总要吸收一部分能量。吸收的能量转换为介质一部分能量。吸收的能量转换为介质的内能和热。因此，波的振幅要减小、的内能和热。因此，波的振幅要减小、波的强度将减弱，这种现象称之为波的强度将减弱，这种现象称之为 吸收吸收。分析如图分析如图xdAdxxO x 处的波动，经处的波动，经 dx 一层媒质后，一层媒质后，振幅的衰减为振幅的衰减为 - dA ：xAAdd：吸收系数：吸收系数(由介质自身性质决定由介质自身性质决定)P.14/37机械波机械波2021-10-31两边积分得两边积分得xeAA0处处的的振振

16、幅幅0:0 xA2AI 平面简谐波强度的衰减规律为：平面简谐波强度的衰减规律为：xII20e处处的的波波强强0:0 xIxdAdxxOxAAdd在截面积为在截面积为S的圆管中，有一的圆管中，有一列平面简谐波，其波动的表达式为列平面简谐波，其波动的表达式为 y = Acos( t -2x/)。管中波的平均能管中波的平均能量密度为量密度为 ，则通过截面，则通过截面S的平均能的平均能流是多少？流是多少？解：解：uSwP 2.TTu2 uSwP2P.15/37机械波机械波2021-10-316.4 6.4 惠更斯原理波的衍射、反射和折射惠更斯原理波的衍射、反射和折射 介质中波传播到的各点，都可以看作介

17、质中波传播到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波波面的包迹决定了原波动的新这些子波波面的包迹决定了原波动的新的波前。的波前。子波波源子波波源波前波前子波子波P.16/37机械波机械波2021-10-31波在传播的过程中遇到障碍波在传播的过程中遇到障碍物或小孔后，能够绕过障碍物的边物或小孔后，能够绕过障碍物的边缘继续传播的现象。缘继续传播的现象。6.4.2 波的衍射波的衍射隔墙有耳隔墙有耳P.17/37机械波机械波2021-10-31波的反射波的反射波的折射波的折射6.4.3 波的反射和折射波的反射和折射P.18/37机械波机械波20

18、21-10-311、干涉现象：、干涉现象： 两列波在空间相遇两列波在空间相遇(叠加叠加)，在空间，在空间的某些地方振动始终加强，而在空间的某些地方振动始终加强，而在空间的另一些地方振动始终减弱或完全消的另一些地方振动始终减弱或完全消失的现象。失的现象。2、相干条件：、相干条件： 两列波的频率相同，振动方向相同，两列波的频率相同，振动方向相同，有恒定的相位差。有恒定的相位差。3、相干波：、相干波： 能产生干涉现象的波。能产生干涉现象的波。1. 波传播的独立性原理波传播的独立性原理 若干列波在传播过程中相遇，每列若干列波在传播过程中相遇，每列波仍将保持其原有的振动特性波仍将保持其原有的振动特性(频

19、率，频率，波长，振幅，振动方向波长，振幅，振动方向)，不受其它波，不受其它波的影响。的影响。2. 波的叠加原理波的叠加原理 在相遇区域内，任一质元振动的位在相遇区域内，任一质元振动的位移是各列波单独存在时在该点引起的移是各列波单独存在时在该点引起的位移的矢量和。位移的矢量和。P.19/37机械波机械波2021-10-314、相干波的干涉加强和减弱条件、相干波的干涉加强和减弱条件S1S2P1r2r波源振动方程：波源振动方程：)cos(:110101tAyS)cos(:220202tAyS由波动方程可得由波动方程可得P点的分振动：点的分振动：)2cos(1111rtAy)2cos(2222rtAy

20、在在P点的相位差：点的相位差：)(21212rr 合振幅合振幅cos2212221AAAAA故故)(21212rr =2k干涉加强干涉加强) 12(k干涉减弱干涉减弱, 2, 1, 0k)cos(tAy若初相位相等若初相位相等21令令12rr 波程差波程差则则2=2k干涉加强干涉加强) 12(k干涉减弱干涉减弱从而从而=22kk干涉加强干涉加强2) 12(k干涉减弱干涉减弱P.20/37机械波机械波2021-10-31AB为两个相干波源，振为两个相干波源，振幅均为幅均为5cm，频率为，频率为100Hz，波速，波速为为10m/s。A点为波峰时，点为波峰时，B点恰为点恰为波谷，试确定两列波在波谷，

21、试确定两列波在P点干涉的点干涉的结果。结果。15mABP20m解：解： 依题意依题意0ABm25m152022BPAPBPAB21 . 015252m1 . 0u199的奇数倍，的奇数倍，干涉为零，干涉为零， P点静止。点静止。设设P.21/37机械波机械波2021-10-31两相干波源两相干波源S1和和S2的间距为的间距为d = 30m，且都在，且都在x 轴上，轴上，S1位于原点位于原点O。设由两波源分别发出两列平面波沿设由两波源分别发出两列平面波沿x 轴传播，强度保持不变。轴传播，强度保持不变。x1 =9m和和 x2=12m处的两点是相邻的两个因干涉处的两点是相邻的两个因干涉而静止的点。求

22、两波长和两波源间最而静止的点。求两波长和两波源间最小相位差。小相位差。OS1S2x1x2x解：解：设设S1和和S2的振动相位分别为：的振动相位分别为：12依题意依题意 x1点的振动相位差：点的振动相位差：)(212xd 211x) 12(k- (1)x2点的振动相位差：点的振动相位差：)(222xd 221x)32(k- (2)(2)-(1)2)(412 xxm6)912(2)(212xx由由(1)式式)2(2) 12(112xdk) 52(k当当k = -2，-3时位相差最小，故时位相差最小，故12P.22/37机械波机械波2021-10-316.6.3 6.6.3 驻波的能量驻波的能量AB

23、C波波节节波波腹腹xx2k)(dtyW2p)(dxyW位移最大时位移最大时平衡位置时平衡位置时 驻波的能量在相邻的波腹驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化，在相邻的和波节间往复变化，在相邻的波节间发生动能和势能间的转波节间发生动能和势能间的转换，动能主要集中在波腹，势换，动能主要集中在波腹，势能主要集中在波节，但无能量能主要集中在波节，但无能量的定向传播的定向传播. .驻波与行波的区别驻波与行波的区别P.23/37机械波机械波2021-10-316.6.1 驻波的形成：驻波的形成： 两列振幅相同的相干波沿相反方向两列振幅相同的相干波沿相反方向传播时叠加而成的波称为传播时叠加而成的波称为驻波驻

24、波。驻波。驻波是波的一种干涉现象。是波的一种干涉现象。 驻波的波形特点：驻波的波形特点：P.24/37机械波机械波2021-10-316.6.2 驻波方程驻波方程适当选择计时起点和原点，使原点处适当选择计时起点和原点，使原点处021, )(2cos1xTtAy)(2cos2xTtAy21yyy)(2cos)(2cosxTtAxTtAtTxAy2cos2cos2分析：分析：1、xA2cos2为坐标为为坐标为x质点的振幅，质点的振幅， 参与波动的每个点振幅恒定参与波动的每个点振幅恒定; 不同不同的点振幅不同。的点振幅不同。波幅：波幅：2A处坐标处坐标2kx波幅间距波幅间距21kkxx波节波节0处坐

25、标处坐标4)12(kx波节间距波节间距21kkxx2.驻波中各点的相位：驻波中各点的相位： 两相邻波节之间的各点振动相位相两相邻波节之间的各点振动相位相同，在一个波节的两侧同，在一个波节的两侧(相邻两段相邻两段)的的各振动点反相位。各振动点反相位。x波节波节2没有波形的推进，也没有能量的没有波形的推进，也没有能量的 传播，参与波动的各个质点处于传播，参与波动的各个质点处于 稳定的振动状态。稳定的振动状态。2) 各振动质点的振幅各不相同，但却各振动质点的振幅各不相同，但却 保持不变，有些点振幅始终最大，保持不变，有些点振幅始终最大， 有些点振幅始终为零。有些点振幅始终为零。波幅波幅3. 驻波的波

26、形特点：驻波的波形特点：P.25/37机械波机械波2021-10-31在弦线上有一简谐波，其表达在弦线上有一简谐波，其表达式为：式为：(SI)3)2002. 0(2cos100 . 221xty为了在此弦线上形成驻波，并且在为了在此弦线上形成驻波，并且在x = 0处为一波节，此弦上还应有一简谐波，处为一波节，此弦上还应有一简谐波，求其表达式。求其表达式。解：解：依题意设反向波为依题意设反向波为)2002. 0(2cos100 . 222xty21yyy)302. 04(21cos)3204(21cos2txA因为因为x = 0处为波节，处为波节，2)3(2134)SI(34)2002. 0(2

27、cos100 . 222xtyP.26/37机械波机械波2021-10-311. 入射波与反射波产生驻波入射波与反射波产生驻波振源振源固定端反射软绳自由端反射当形成驻波时总是出现波腹总是出现波腹总是出现波节总是出现波节2.半波损失半波损失波密介质：波密介质： 密度密度 与波速与波速u的乘积的乘积 u较大的介质。较大的介质。波疏介质：波疏介质： 密度密度 与波速与波速u的乘积的乘积 u较小的介质。较小的介质。入射入射波波驻波反射波反射波波密介质波密介质波疏介质波疏介质xyO2 由波疏介质入射在波密介质界面上反，由波疏介质入射在波密介质界面上反，射，在界面处，反射波的振动相位总是与射，在界面处，反

28、射波的振动相位总是与入射波的振动相位相反，即差了入射波的振动相位相反，即差了 ; 形成驻形成驻波时，总是出现波节。波时，总是出现波节。 相位差了相位差了， 相当于波程差了相当于波程差了,2称为称为“半波损失半波损失”。6.6.4 半波损失半波损失P.27/37机械波机械波2021-10-316.6.5 振动的简正模式振动的简正模式弦长弦长L驻波条件2nnL本征频率本征频率, 3 , 2 , 1nLunn2Tu 波速波速T 为弦线张为弦线张 为弦线的线密度为弦线的线密度1. 两端两端固定固定的弦线形成的弦线形成驻驻波波2. 2. 一端一端固定固定一端一端自由自由的弦的弦线形成线形成驻驻波波,2,

29、 1,2)21(nnLn41L432L453LLununn4)12(P.28/37机械波机械波2021-10-31多普勒多普勒J.C.Doppler 18031853 奥地利物理学家及数学家，出生奥地利物理学家及数学家，出生于奥地利的萨尔斯堡于奥地利的萨尔斯堡 (Salzburg)。1842年年,他在文章他在文章 “On the Colored Light of Double Stars” 中提出了中提出了 多普勒效应多普勒效应 Doppler Effect 波源或观察者或它们二者相对于介波源或观察者或它们二者相对于介质运动时，观察者感觉到的频率和波质运动时，观察者感觉到的频率和波源的真实频率

30、并不相等，这一现象称源的真实频率并不相等，这一现象称为为多普勒效应多普勒效应。观察者观察者RS波源波源uSuRuRP.29/37机械波机械波2021-10-31uR :观察者观察者相对于介质的运动相对于介质的运动速度速度， 接近于波源为正，反之为负。接近于波源为正，反之为负。u :波波的的传播传播速度速度，接近观察者为，接近观察者为 正，反之为负。正，反之为负。sWRutut6.7.1 波源静止，观察者以速度波源静止，观察者以速度 uR 相对于介质运动相对于介质运动SOuR0SRuuu(1) 观察者接近波源观察者接近波源0Ru观察者观察者 t 时间内时间内接受到的波数为：接受到的波数为： 波源

31、静止波源静止观察者静止观察者静止uS :波源波源相对于介质的运动相对于介质的运动速度速度， 接近于观察者为正，反之为负。接近于观察者为正，反之为负。 R:观察者接受到的频率观察者接受到的频率 取决于观察者取决于观察者 在单位时间内接收到完整波形的数目在单位时间内接收到完整波形的数目观察者观察者RS波源波源uSuRuRS: 波源的频率波源的频率 波源在单位时间内发出的完全波的数量波源在单位时间内发出的完全波的数量w :波的频率波的频率 单位时间内通过介质中某点的完全波的数量单位时间内通过介质中某点的完全波的数量(2) 观察者离开波源观察者离开波源 0RuRRuuWRuuuWRuuusRRuuuR

32、Ruu sRuuusRRuuuP.30/37机械波机械波2021-10-31SO 在每个周期中，波源移近观察者的在每个周期中，波源移近观察者的 距离为距离为TSu,即每个波长缩短了即每个波长缩短了TSusSTusSTuu1vsSRuuv 频率变高频率变高(2) 波源离开观察者波源离开观察者0SuSO 在每个周期中，波源离开观察者的在每个周期中，波源离开观察者的距离为距离为,sSTu即每个波长增加了即每个波长增加了sSTusSsSTTuuTusuuRssTuuu1sSRuuuu 频率变低频率变低ssRuuu6.7.2 观察者静止，波源以速度观察者静止，波源以速度 uS相对介质运动相对介质运动0R

33、Suuu(1) 波源接近观察者波源接近观察者0SusSTuyysSsTuTuuWRsSTuyyP.31/37机械波机械波2021-10-31结论：结论：波源与观察者相互接近时，感觉到的波源与观察者相互接近时，感觉到的频率较高，反之波源与观察者相互远频率较高，反之波源与观察者相互远离时，感觉到的频率较低。离时，感觉到的频率较低。sSRRuuuu 如果波源和观察者的运动不在一直如果波源和观察者的运动不在一直线上，则只要考虑波源与观察者在连线上，则只要考虑波源与观察者在连线方向上的速度分量即可。线方向上的速度分量即可。6.7.3 波源以波源以uS 运动，观测者以运动，观测者以uR 运动（相向为正）运

34、动（相向为正）由于波源的运动，介质中波的频率由于波源的运动，介质中波的频率sSWuuv由于观察者的运动，观察者接收到的由于观察者的运动，观察者接收到的频率与波的频率之间的关系频率与波的频率之间的关系WRRuuu观察者接收到的频率观察者接收到的频率 当波源速度大于波的速度时，波源当波源速度大于波的速度时，波源比波前进得快，波的前面不可能形成比波前进得快，波的前面不可能形成波动，在各个时刻波源发出的波到达波动，在各个时刻波源发出的波到达的波前的包络面呈现出一个以波源为的波前的包络面呈现出一个以波源为顶点的圆锥面，这种波叫顶点的圆锥面，这种波叫，也，也叫叫，此锥面叫，此锥面叫。utvStqMutut

35、SS1sinvvqM 为为如核爆炸、超音速飞行等如核爆炸、超音速飞行等P.32/37机械波机械波2021-10-31( (5) )卫星跟踪系统等卫星跟踪系统等. .( (1) )交通上测量车速；交通上测量车速；( (2) )医学上用于测量血流速度；医学上用于测量血流速度；( (3) )天文学家利用电磁波红移天文学家利用电磁波红移 说明大爆炸理论；说明大爆炸理论；( (4) )用于贵重物品、机密室的用于贵重物品、机密室的 防盗系统；防盗系统；多普勒效应的应用多普勒效应的应用声爆声爆(音障音障)舷波舷波P.33/37机械波机械波2021-10-31火车以火车以20m/s的速度行驶，若的速度行驶，若

36、机车汽笛的频率为机车汽笛的频率为500Hz，问：，问：(1)一静一静止观察者在机车前和机车后所听到的声止观察者在机车前和机车后所听到的声音频率各为多少？音频率各为多少？(2)设另有一列火车上设另有一列火车上有乘客，当该列火车以有乘客，当该列火车以10m/s的速度驶的速度驶近或驶离第一列火车，乘客听到的声音近或驶离第一列火车，乘客听到的声音频率各为多少？频率各为多少？(已知空气中声波的速率已知空气中声波的速率为为340m/s）解：解：Hz531Hz20340500340Suuu前Hz472Hz20340500340Suuu后Hz547Hz50020340103400Suuuu近Hz458Hz50

37、020340103400Suuuu远 例例6-106-10: 利用多普勒效应监测车利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为速，固定波源发出频率为 的超声波，当汽车向波源行驶时，的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率从汽车反射回来的波的频率为为 .已知空气中的声已知空气中的声速速 ， 求求车速车速. kHz100kHz1101sm330u0u解解 ( (1) )车为接收器车为接收器( (2) )车为波源车为波源(3)(3)车速车速uu0v0uuu00vvuu10hkm8 .56uvP.34/37机械波机械波2021-1

38、0-31声波超声波次声波声波超声波次声波6.8.1 音量、音调和音色音量、音调和音色1.音量音量(声强声强)（intensity of sound） ，描述声音的大小的物理量，描述声音的大小的物理量，瓦米 2 ( W m 2 )单位：声波的平均能流密度平均能流密度在最佳音频(约 1000 4000 Hz)条件下弱到刚能听闻强到失去听觉只有痛觉称标准声强 10 - -12100(痛阈)(闻阈)( W m 2 )10 - - 6听觉 强度范围听觉 强度范围甚宽，实用上需要以更方便的单位来表示。声强级声强级人对声强的主观感觉即响度单位: (dB)贝(B) 10分贝(dB)1贝贝(B) =10分贝分贝

39、(dB),P.35/37机械波机械波2021-10-31闻阈 10 - -12 0痛阈 1 120伤害人体 10 130正常呼吸 10 - -11 10悄悄话 10 - -10 20摇滚乐 0.3 115电动切草机 10 - - 2 100重型卡车 10 - - 3 90大声喊叫 10 - - 4 80室内正常谈话 310 - - 6 65声 音 声 强 ( W m 2 ) 声强级 (dB)几 种 声 音 的 声 强 及 声 强 级 数10分贝(dB)，10声强上的 倍相当于声强级的 分贝P.36/37机械波机械波2021-10-31取决于声波的基频取决于声波的基频音调高表示声音比较尖锐，音调高表示声音比较尖锐，音调低则表示声音比较低沉音调低则表示声音比较低沉2.音调音调基频基频:频率最低的那一个分振动的频率频率最低的那一个分振动的频