振动与波声波超声波

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1、3.1简谐运动3.3阻尼振动受迫振动共振3.4机械波3.5平面简谐波3.8声波3.9超声波和超声诊断第3章振动无处不在——一物理量在某一定值附近往复变化能感知的：一切发声体、心脏、眨眼睛、呼吸、海浪起伏、地震、等等不能感知的：晶体中原子、交流电、电磁场等等心房室压强++--振荡电路简谐振动是最基本、最简单的振动.机械振动的原因:物体所受的回复力和物体所具有的惯性.回复力:始终指向平衡位置的作用力.3.1.1弹簧振子简谐运动表达式：3.1简谐运动3.1.2描述简谐运动的物理量图固有属性和由初始条件确定。振幅圆频率初相相位简谐运动的三要素3.1.3简谐运动的

2、速度和加速度速度振幅加速度振幅结论:投影点的运动为简谐运动.必须是逆时针方向旋转旋转矢量的模即为简谐运动的振幅.旋转矢量的角速度即为振动的角频率.旋转矢量与x轴的夹角(t+)，为简谐振动的相位.t=0时，与x轴的夹角即为简谐振动的初相位.旋转矢量旋转一周，P点完成一次全振动.3.1.4简谐运动的旋转矢量表示法周期：x正向最大平衡位置负向最大平衡位置初相位讨论例题3-1一物体沿x轴作简谐运动，平衡位置在坐标原点.已知振幅为0.12m，周期2.0s.初始时，物体的位移为0.06m，且向x轴正方向运动.求：（1）此简谐运动的表达式.（2）0.5s时物体

3、的位移、速度和加速度.（3）物体从x=-0.06m向轴负方向运动，第一次回到平衡位置所需的时间.3.1.5简谐运动的能量弹性力是保守力,作简谐运动的系统机械能守恒OxX例题3-2质量为0.10kg的物体以1.0cm的振幅作振动，最大加速度为4.0cm·s-2.求：（1）振动的周期；（2）振动系统的总能量；（3）物体在何处时，系统的动能和势能相等；（4）物体的位移等于振幅的一半时，动能与势能之比.Oxx定义:振动系统在回复力和阻尼力共同作用下发生的减幅振动称为阻尼振动.在物体速度较小时,3.3阻尼振动受迫振动和共振3.3.1阻尼振动称为阻尼因子结论:阻尼

4、较小时,振动为减幅振动,振幅随时间按指数规律迅速减少.阻尼越大,减幅越迅速.振动周期大于自由振动周期.欠阻尼情况:阻力很小结论:阻尼较大时,振动从最大位移缓慢回到平衡位置,不作往复运动.过阻尼情况：阻力很大临界阻尼情况:结论:“临界阻尼”是质点不作往复运动的一个极限.b）过阻尼a）欠阻尼c）临界阻尼三种阻尼振动位移时间曲线Cbatxo受迫振动:系统在周期性的外力(驱动力)持续作用下所发生的振动.Oxx3.3.2受迫振动共振振子在做受迫振动时，当周期性外力的频率与振子的固有频率接近时，振子振幅显著增加,在某一频率时,振幅达到最大,这一现象称为共振.达到共振

5、时的频率叫共振频率.阻尼振动理论为动物肢体关节中存在的摩擦力提供了测量方法.因关节滑液的润滑作用，关节的摩擦力很小.试着坐着并使小腿绕膝关节自由摆动，如果肌力不对它施加作用力，那么小腿的摆动会趋于静止.测量振幅减小的快慢程度可以获得关节的信息.链接——受迫振动，共振在实际应用中有许多振动属于受迫振动，例如声波引起耳膜的振动、机器运转时引起基座的振动等.链接——大桥另种解释思考题3-3从利和弊两个方面列举生活的共振现象.怎样避免共振的发生？3.4机械波3.4.1机械波的产生和传播产生条件：1）波源；2）弹性介质.振动方向传播方向波分为横波、纵波链接交替出现

6、的波峰和波谷.交替出现的密部和疏部.球面波平面波3.4.2波动的描述波线: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.波阵面(波前):最前面的那个波面.波面:所有振动相位相同的点连成的面.波线波面波阵面波线波面波阵面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直.描述波动的物理量周期T——波形移过一个波长所需的时间.波长l——振动状态完全相同的相邻两质点之间的距离.频率n——周期的倒数.波速u——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介质的物理性质.波速由弹性介质性质决定,频率(或周期

7、)则由波源的振动特性决定.波速是振动能量或振动形式的传播,非质点的振动速度.影响波速的因素:介质的特性(弹性模量,介质的密度等).波速与频率无关.关于波速t=x/u时,P点的振动状态与O点t=0时的状态相同.P为任意点,所以波动表达式为:P点的振动表达式:若波源(x=0)的振动表达式为:若波沿x轴的负向传播,则P点相位比O点相位超前t=x/u,则3.5平面简谐波例题3-4设有一个横波在弦上传播，其波函数为，试求其振幅、波长、频率、周期和波速.思考题3-5波的传播伴随着能量的传播，其能量从何而来？波的能量例题已知t=0时的波形曲线为I,波沿x方向传播,经t

8、=0.5s后波形变为曲线II.已知波的周期T>1s,试根据图中绘出的条件求出波的