机械波的产生和传播演示文稿

1、机械波的产生和传播演示文稿第一页，共三十三页。优选机械波的产生和传播第二页，共三十三页。 当波在介质中传播时，介质中的质元并不随波逐流，它们仅在平衡位置附近振动。波是与振动密切关联的。 例如由南太平洋风暴在海面产生的长波，以每小时 60km 或更高的速度传来（比风速更快，因而有经验的渔民根据长波的出现判断风暴将至，赶快寻找避风港）。 但这并不意味着海洋本身以如此壮观的方式整体移动过来！ 潮汐与此不同，它是海洋整体运动形成的。 第三页，共三十三页。传播开去的只是振动状态。这就是波的职能。 在波动过程中，水分子并没有向远处移动。 因此当我们描写与波相联系的运动时，必须区分出运动的两个方面:a. 波

2、在介质中的传播；b. 介质中粒子的运动。第四页，共三十三页。二、波动的特征 波动具有一定的传播速度，并伴随着能量的输运。 可入性指在空间同一区域可同时经历两个或两个以上的波，因而波可以叠加。干涉和衍射是波所特有的现象，观察干涉、衍射现象是鉴别波动过程最有力的手段。 波动具有可入性和可叠加性。 固定空间一点来看，此处的振动具有时间周期性；而固定一个时刻来看，空间各点的振动分布又具有空间周期性。 波动具有时间和空间周期性。第五页，共三十三页。三、多种多样的波按物理性质分：机械波、电磁波、物质波等。对机械波按频率分：次声波、声波、超声波根据次声波能量可测出爆炸的当量级。次声波可在地表传播很远距离。次

3、声武器。一般只伤害人员，不会造成环境污染 地震、火山爆发、核爆炸等都会产生强烈次声波。次声波频率低于20Hz的声波，传播远，穿透力强第六页，共三十三页。超声波无损检测探头工件TBTB探头工件TBTB缺陷 超声波的特点是频率高、波长短，衍射不严重，因而具有良好的定向传播特性。其穿透本领很强。第七页，共三十三页。 胎儿的超声波影象第八页，共三十三页。 声纳第九页，共三十三页。第十页，共三十三页。质元振动方向与波的传播方向相互垂直的波横波:按波的传播方向和振动方向间的关系分：第十一页，共三十三页。纵波：质元振动方向与波传播方向相互平行的波 空气（或任何流体）中的声波是一种纵波。有些波既有横波分量同时

4、也具有纵波分量。混合波：例如水面波、地震波等 第十二页，共三十三页。按照传播的空间维数分：一维波（沿弦线）、二维波（表面波）和三维波；按波源扰动的方式分：脉冲波、持续波；按波传播过程中波面形状分：平面波、球面波、柱面波等。第十三页，共三十三页。 尽管各种类型波的性质不同，但它们有相似的波动微分方程和波函数，且都具有波动特有的现象，如折射、反射、干涉和衍射等。 量子论揭示，波动不仅存在于宏观世界，甚至于单个的电子、质子、中子等微观粒子，它们也具有波的性质，称之为物质波。不过，物质波与宏观世界中的波有完全不同的本质。第十四页，共三十三页。四、波场、波线和波面 波场波传播的空间区域波阵面波场中某时刻

5、振动相位相同的点构成的曲面波前某时刻波源最初的振动状态传到的波面波线（波射线）代表波传播方向的射线各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直。沿波线方向各质点的振动相位依次落后。第十五页，共三十三页。波线波面波面波线平面波球面波波面波线波线波面第十六页，共三十三页。 在均匀、无吸收的介质中，当波源作简谐振动时形成的波即为简谐波。 简谐波是一种最简单、最基本的波，任何复杂的波都可以看成若干个简谐波叠加而成。 简谐波是一种理想化的模型。严格的简谐波是无法实现的。平面简谐波：波阵面是平面的简谐波球面简谐波：波阵面是球面。五、简谐波(simple harmonic wave) 第十七页，共三十三页。 在宏观

6、上，可将气体、液体或固体当作连续体，其体内各个相邻的质元间以弹性力维系着。形成机械波要具备两个条件：波源、弹性介质。光波（电磁波）可以在真空中传播。 一、机械波产生的条件11-2 机械波的产生和传播 当任一质元在外界作用下偏离平衡位置时，邻近质元对其作用的弹性回复力就会使它发生振动；同时这些邻近质元又受到该质元及其它邻近质元的弹性力作用，也会振动起来。第十八页，共三十三页。 于是振动相互耦合，由近及远、由此及彼地传播开去，形成机械波。机械波向外传播的是波源（及各质点）的振动状态和能量。第十九页，共三十三页。 波动是振动状态的传递，担负机械振动状态传递职能的是弹性介质，即弹性体。杨氏模量 Y 切

7、变模量 G 容变模量 B Y、G、B都由介质本身的性质决定，一般由实验测定。描述弹性性质的物理量是弹性模量。二、弹性介质第二十页，共三十三页。*物体的弹性形变 物体在一定限度的外力作用下形状和体积发生改变，当外力撤去后，物体的形状和体积能完全恢复原状的形变。长变称为应变或胁变第二十一页，共三十三页。在弹性限度范围内，应力与应变成正比 切变相对面发生相对滑移切变的应变或胁变Y 称为杨氏模量第二十二页，共三十三页。在弹性限度范围内，应力与应变成正比 容变在弹性限度范围内，压强的改变与容变应变的大小成正比。容变的应变第二十三页，共三十三页。 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。

8、 弹性力：正弹性力(压、张弹性力) 切弹性力； 由于液体和气体弹性介质中不会发生切变，因而没有切弹性力，所以横波不能在液体或气体中传播。而固体介质则能发生切变，产生切弹性力，所以横波可以在固体介质中传播。 弹性介质都可产生容变，所以纵波可以在固体、液体、气体中传播。第二十四页，共三十三页。 探测地球内部的构造，最重要的方法是利用地震波（当代最深的钻孔也只有 10 km 的量级）。 在短暂的作用下，地球介质可以看成弹性体。当地内发生任何扰动时，例如地震或人工爆破，一部分能量以弹性波的形式传播出去。人工地震波 探测地球内部的构造P波、S波P波震源表面波地幔内核 在 2900 km 的深度上，地震波

9、的纵波（P 波）速度陡然下降；横波（S 波）消失。第二十五页，共三十三页。以这个间断为界2900 km 以上叫地幔，2900 km 以下叫地核。第二十六页，共三十三页。 大约在 5000 km 之下，又有了一个可以传播 S 波的故态内核，这是较晚才得到的新认识。 在地核的边界上，可以产生 P 波和 S 波的反射，但只有 P 波可以继续向地核内部折射。这表明：地核内部处于液态第二十七页，共三十三页。三、描述波传播的几个物理量波速振动状态在媒质中传播的速度，用u或c表示。（或波阵面在单位时间中越过的距离） 由于振动状态由相位描述，所以波速可以说是相位在介质中的传播速度，因此又称为相速度。切记不要把

10、波速与质点的振动速度混淆起来！ 顺着波传播的方向看过去，介质质元的相位依次滞后。这就反映了振动的传播需要时间。第二十八页，共三十三页。(固体) (液体、气体) (弦线上的波速)波速仅取决于介质性质弹性性质、惯性性质 (固体) T 为弦中张力， 为弦的线密度第二十九页，共三十三页。波长沿波传播方向两相邻同相质点之间的距离。波长可形象地想象为一个完整的“波”的长度；横波波长：相邻两个波峰或波谷之间的距离纵波波长：相邻两个密部或疏部之间的距离xyo第三十页，共三十三页。周期反映了波的时间周期性，即每经过一个周期，媒质中各点的振动状态重复一次。周期一个完整波通过波线上某点所需的时间，用 T 表示。（或波传播的距离所用的时间 ）波在单位时间传播的距离内所包含的完整波的数目。频率 波长反映了波的空间周期性，即每经过一个波长，媒质中各点的振动状态重复一次。第三十一页，共三十三页。波长、周期、波速三个物理量之间的关系：表示 2长度上完整波的数目，称为角波数。 单位长度内完整的波的数目称为波数介质决定波源决定第