第五章波动ppt--新.ppt

1、1,3。具有周期性。,2,5-1机械波的产生与传播,一、产生机械波的条件,1.波源：作机械振动的物体,2.弹性媒质：能传播机械振动的媒质,二、弹性体的变形规律,1.弹性：外力撤去后，形变可以完全恢复的性质,3,4。弹性形变常见类型：(对固体的)拉压,(对固体的)剪切,(气液固体的)容变,应力=f/s,应力=f/s,应变,胡克定律：应力=模量应变即=G,4,应力=f/s,容变,胡克定律：应力=模量应变,5,6,波动是振动状态的传播，不是媒质的传播。,7,一、波的几何描述,（2）波前：最前面的波面,各向同性介质中波线波面,8,二、机械波的分类,9,10,11,12,地震波主要包含纵波和横波。来自地

2、下的纵波（P波）引起地面上下颠簸振动。来自地下的横波（S波）能引起地面的水平晃动。横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。,由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表。这样，发生地震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了，快点作出防备。,13,波速仅仅取决于媒质的弹性和惯性,模量,密度,三.波的特征量,14,由波源和媒质共同决定。,波长反映波的“空间周期”。,15,四、波动的传播特征：,各质元振动的周期（T）与波源相同，各质元的振动状态不同（即相位不同），沿波的传播

3、方向，各质元相位依次落后,16,5-3平面简谐波,一、平面简谐波概念,所有质点作谐振且波面为平面的波,平面简谐波，在无吸收的、均匀无限大介质中传播。,则O点处质点的振动方程为,17,O点的任一振动状态传到P点，需要时间,正向波波函数（波动方程）,P点比O点超前时间,反向波波函数,18,以波线上x0处点为参考点,x,O,y,P,x,A,-A,x0,Q,Q点的任一振动状态传到P点，需要时间,则Q点处质点的振动方程为,则波动方程：,19,波动方程：,结论：确定波动方程的二个条件,波动方程其它形式,20,三、波动方程物理意义(正向传播波为例),1.在空间某位置x=x1，有,它表示x=x1处的振动函数，

4、其中为初相。,2.在某时刻t=t1，有,它表示t=t1时刻的波形。,21,*波动的特征：,(1)各质元只是在各自平衡位置附近振动.,(2)同一时刻,沿波线各质元振动状态不同,各质元相位依次落后.,u由介质的性质决定.,*由,得波动方程:,当x确定:y(t)x处质元的振动方程,当t确定：y(x)t时刻的波形,22,解：,23,24,解：,25,26,5-4机械波的能量,一、能量和能量密度,(2)势能,波动过程又是能量的传播过程,27,(3)总能量,(4)W波与E振之比较,（5）能量密度：单位体积内的能量,（6）平均能量密度：能量密度在一个周期内的平均值,28,3、波的强度I（平均能流密度）:,通

5、过垂直于波的传播方向的单位面积的平均能流。,单位:焦耳/秒,单位:焦耳/秒米2,29,30,5-5惠更斯原理,水波通过小孔,31,32,2、用惠更斯原理解释衍射现象,声波的衍射,3、用惠更斯原理解释波的散射、反射、折射现象（自学）,33,34,35,二、波的干涉,36,3。干涉加强减弱的条件,相干波：,37,其中：,38,39,40,41,*波动是能量的传播过程。,*波动能量的特征:,总能量,*波的叠加,1.波的独立传播原理,2.波的叠加原理,42,43,例：,解：接受点处两信号的相位差,由题意知,44,利用声波干涉控制噪声,45,1。概念:一对振幅相同、在同一条直线上沿反向传播的相干波叠加而

6、形成的波。,一、驻波,5-7驻波,46,驻波,波节,波腹,返回,结束,47,驻波,波节,波腹,返回,48,驻波,波节,波腹,返回,49,驻波,波节,波腹,返回,50,驻波,波节,波腹,返回,51,驻波,波节,波腹,返回,52,驻波,波节,波腹,返回,53,返回,驻波,波节,波腹,54,驻波,波节,波腹,返回,55,驻波,波节,波腹,返回,56,驻波,波节,波腹,返回,57,驻波,波节,波腹,返回,58,驻波,波节,波腹,返回,59,驻波,波节,波腹,返回,60,驻波,波节,波腹,返回,61,驻波,波节,波腹,返回,62,驻波,波节,波腹,返回,63,驻波,波节,波腹,返回,64,驻波,波节,波

7、腹,返回,65,驻波,波节,波腹,返回,66,驻波,波节,波腹,返回,67,驻波,波节,波腹,返回,68,驻波,波节,波腹,返回,69,驻波,波节,波腹,返回,70,驻波,波节,波腹,返回,71,驻波,波节,波腹,返回,72,驻波,波节,波腹,返回,73,驻波,波节,波腹,返回,74,驻波,波节,波腹,返回,75,驻波,波节,波腹,返回,76,驻波,波节,波腹,返回,77,驻波,波节,波腹,返回,78,驻波,波节,波腹,返回,79,驻波,波节,波腹,返回,80,驻波,波节,波腹,返回,81,驻波,波节,波腹,返回,82,驻波,波节,波腹,返回,83,驻波,波节,波腹,返回,84,驻波,波节,波

8、腹,返回,85,驻波,波节,波腹,返回,86,驻波,波节,波腹,返回,87,驻波,波节,波腹,返回,88,3。驻波特征分析,(1).各点振幅,相邻波节(或波腹)的距离：,89,(2).相邻两波节之间的质点振动相位相同,波节两侧质点的振动相位相反。,(3).能量只在两波节间的波腹与波节转移，而无能量的定向传播。,(4).形式象波,本质却是介质的一种特殊振动状态。,90,驻波与行波的区别,行波,驻波,（有振动状态的传播）,2.各质元的振幅均为A,一个波段中各质元振动位相均不同.,4.能量随波传播,（无振动状态的传播）,各质元的振幅(x),范围:02A,相邻波节间各质元振动位相相同,一波节两边各点振

9、动位相相反.,能量仅在相邻二波节间转换.,91,振动、行波、驻波能量的比较,研究对象：,振动,行波,驻波,振动系统,一体元,二波节间的波段,动能：,势能：,总能量：,集中在波腹附近,集中在波节附近,二相邻波节间总能量守恒。,（守恒）,每个质元不断吸收、释放能量能量传播。,无能量的空间传播,92,二、半波损失,入射波到达两种媒质分界面时发生相位突变（在反射端入射波和反射波相位相反）,这一现象称为半波损失,93,波从波密媒质入射到波疏媒质，反射端是波腹(自由端）。,在反射端入射波和反射波相位相同，反射无半波损失,反射波有半波损失,反射波无半波损失,94,求：合成波,解：,95,另解：,且在P点存在半波损失，,96,OMN区域内的合成波：,97,98,99,5-8多普勒效应,当波源、媒质和接收器彼此存在相对运动时，接收器接收到的频率与波源的振动频率不相同的现象。,设：波源和接收器在同一直线上运动,u波在媒质中的速度,100,所以接收器接收到频率为：,101,2。ur=0、us0,102,3。ur0、us0