大学物理课件复习资料机械波的产生和传播

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1、第17章机械波(MechanicalWave)本章教学内容：17.1机械波的产生和传播17.2平面简谐波的波动方程17.3波的能量17.4波的衍射　干涉17.5驻波17.６*多普勒效应重点：平面简谐波的波函数；波的相干条件；两波干涉时振幅加强和减弱的条件。难点：建立平面简谐波方程的方法；相干叠加振幅加强或减弱的条件；驻波的表达式，驻波中各质元的相位关系。教学基本要求一掌握描述简谐波的各物理量及各量间的关系；二理解机械波产生的条件。掌握由已知质点的简谐运动方程得出平面简谐波的波函数的方法。理解波函数的物理意义。了解

2、波的能量传播特征及能流、能流密度概念。教学基本要求三了解惠更斯原理和波的叠加原理。理解波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件；四理解驻波及其形成，了解驻波和行波的区别；五了解机械波的多普勒效应及其产生的原因。在波源或观察者沿二者连线运动的情况下，能计算多普勒频移。17.1机械波的产生和传播波源介质+弹性作用机械波一、机械波的形成1、产生条件：1）波源；2）弹性介质。波是运动状态的传播，是能量的传播，介质的质点并不随波传播。注意机械波：机械振动在弹性介质中的传播。弹性介质是能够

3、传播机械振动的介质，是由弹性力作用的连续介质。弹性介质中一个质元的振动，由于弹性力的作用将引起邻近质元的振动，振动相继传播到后面各相邻质点。于是振动由近及远、由此及彼地传播开去，从而形成机械波。比如，气体、液体或固体。横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波。（仅在固体中传播，如绳波。）2、横波与纵波特征：具有交替出现的波峰和波谷。纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波。（可在固体、液体和气体中传播。如声波，弹簧波。）特征：波形具有交替出现的密部和疏部。一般的波，如水波、地表波等，都能分解为横波与纵波来进

4、行研究。振动可以在弹性介质中传播，是因为介质有弹性的相互作用，相互作用的形式不同，形成的波也不同。如果介质有切变弹性，它就能传播横波；如果介质有容变（体变）弹性，它就能传播纵波。比如，只有固体能产生切变，所以横波只能在固体中传播；而固体、液体和气体都可以产生容变（体变），所以纵波可以在所有的物质中传播。在机械波中，横波只能在固体中出现；纵波可在气体、液体和固体中出现。例外：绳上波、水波是在张力的作用下形成的。*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

5、的形变。①长变称为应变或胁变在弹性限度范围内，应力与应变成正比②切变相对面发生相对滑移–切变的应变或胁变Y称为杨氏模量在弹性限度范围内，应力与应变成正比③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。弹性力：有正弹性力（压、张弹性力）和切弹性力；液体和气体弹性介质中只有正弹性力而没有切弹性力。横波在介质中传播时，介质中产生切变，只能在固体中传播。纵波在介质中传播时，介质中产生容变，能在固体、液体、气体中传播。2）波动是振动状态的传播或是

6、位相的传播，表现为波形的向前推进。4）沿波的传播方向，各质元的位相依次落后。波动过程的特征：1）各质元只在各自的平衡位置附近振动，本身并不随波前进。后开始振动的质元比先开始振动的质元，在步调上要落后一段时间，即有相位的落后。3）各质元振动周期与波源的振动周期相同，与介质无关。3、波的几何描述（波线波面波前）波前波面波线波面或同相面——振动相位相同的点连成的面。波前或波阵面——最前面的波面。平面波（波面为平面的波）球面波（波面为球面的波）波线（波射线）——波的传播方向。在各向同性媒质中，波线恒与波面垂直。波线波面波

7、前*球面波平面波波前波面波线二、描述波动的物理量（波长波的周期和频率波速）波长：沿波的传播方向，两个相邻的、相位差为的振动质点之间的距离，即一个完整波形的长度。OyAA-波长描述了波在空间上的周期性。周期：波前进一个波长的距离所需要的时间。频率：周期的倒数，即单位时间内波动所传播的完整波的数目。每隔一个周期的时间，介质中各质点的振动状态（相位）就重复一次。周期描述了波在时间上的周期性。波的周期（或频率）仅由波源决定，就等于波源振动的周期（或频率）。波速：波动过程中，某一振动状态（即振动相位）单位时间内所传播的距离

8、（相速）。注意周期或频率只决定于波源的振动!波速只决定于媒质的性质！*波速与介质的性质有关，为介质的密度。如声音的传播速度空气，常温左右，混凝土横波固体纵波液、气体切变模量弹性模量体积模量电磁波的传播不需要介质，且只有横波一种形式。真空中按介质质点的运动方向与波动传播方向：横波和纵波按波的波前：平面波、球面波、柱面波按波动的传播：行波和驻波按波动的明显的物理性质：光波、声