超声波在介质中传播时.ppt

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1、应用物理教研室Xi'anPolytechnicUniversity第2章超声检测物理基础12.1机械振动与机械波2.2超声波的分类2.3波的叠加、干涉和衍射2.4超声波的传播速度2.5超声场的特征值2.6超声波垂直入射到平界面上的反射和折射2.7超声波倾斜入射到平界面上的反射和折射2.8超声波的聚焦与发散2.9超声波的衰减Xi'anPolytechnicUniversity主要内容2机械振动机械波2.1机械振动与机械波Xi'anPolytechnicUniversity3一.机械振动1.定义：物体（或质点）在某一平衡

2、位置附近作来回往复的运动，称为机械振动。可用周期和频率表示。2.分类：谐振动、阻尼振动、受迫振动Xi'anPolytechnicUniversity4(1)谐振动Xi'anPolytechnicUniversity5谐振动物体的能量遵守机械能守恒定律（动能与势能相互转换）Xi'anPolytechnicUniversity6(2)阻尼振动阻尼振动物体的能量不遵守机械能守恒定律。振幅或能量随时间不断减小的振动称为阻尼振动。Xi'anPolytechnicUniversity7(3)受迫振动物体在周期性的外力的作用下产生

3、的振动。受迫振动物体的能量不遵守机械能守恒定律。Xi'anPolytechnicUniversity81.定义：机械振动在弹性介质中的传播过程。2.产生条件：(1)要有作机械振动的波源；(2)要有能够传递机械振动的介质(即弹性介质)。两者缺一不可。3.主要物理参量：λ、c、f、T二.机械波Xi'anPolytechnicUniversity94.波动方程：机械振动在弹性介质中的传播过程。Xi'anPolytechnicUniversity10按波型分类按波面形状分类按波持续时间分类2.2超声波的分类Xi'anPoly

4、technicUniversity111.纵波(压缩波、疏密波)传播介质：固体、液体、气体一.按波型分类Xi'anPolytechnicUniversity122.横波(剪切波或切变波)传播介质：固体Xi'anPolytechnicUniversity133.表面波(瑞利波)传播介质：固体Xi'anPolytechnicUniversity144.板波(兰姆波)传播介质：固体Xi'anPolytechnicUniversity15二.按波面形状分类Xi'anPolytechnicUniversity16三.按波持续时

5、间分类Xi'anPolytechnicUniversity17频谱分析图Xi'anPolytechnicUniversity18波的叠加波的干涉共振驻波惠更斯原理超声波衍射现象2.3波的叠加、干涉和衍射Xi'anPolytechnicUniversity19一.波的叠加当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起的位移的矢量和。几列波相遇后仍保持各自原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好像在各自的途中没有遇到其它波

6、一样，这就是波的叠加原理，又称波的独立性原理。Xi'anPolytechnicUniversity20两列频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇时，介质中某些地方振动加强，而另一些地方的振动互相减弱的现象称为波的干涉现象。二.波的干涉Xi'anPolytechnicUniversity21三.共振与驻波两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成驻波，两列波产生共振。Xi'anPolytechnicUniversity22假如物体的两个表面相互平行，则垂直入射于表面的声波将在两表面之间多次

7、反射。若两表面间距等于半个波长的整数倍时，则多次反射波互相叠加形成强烈的驻波，称该物体发生了共振。当连续波在界面上发生全反射时形成驻波，脉冲波在薄板中的反射也会形成驻波。在探头设计中，若晶片的厚度等于半波长的整数倍时，该波长对应的频率是该晶片的固有频率，该频率下晶片振动的幅度最大。Xi'anPolytechnicUniversity23惠更斯原理：1690年，惠更斯引入“次波”的概念提出了惠更斯原理，即：行进中的波阵面上任一点都可以看作是新的次波源，这些次波源各自向前发射球面子波，而某时刻这些子波的包络面就是该时刻新

8、的波阵面。四.惠更斯原理Xi'anPolytechnicUniversity24五.超声波的衍射衍射：声波绕过障碍物的边缘并进入其几何阴影向后传播的现象。波阵面发生畸变。Xi'anPolytechnicUniversity25固体介质的声速液体、气体介质中的声速2.4超声波的传播速度Xi'anPolytechnicUniversity26一.固