大学物理下册10-1课件

c=
G
为媒质的切变弹性模量; G 为媒质的切变弹性模量 ρ 为质量密度
ρ
在同一种固体媒质中，横波波速比纵波波速小些。 在同一种固体媒质中，横波波速比纵波波速小些。
* 在液体和气体只能传播纵波， 在液体和气体只能传播纵波 纵波，
其波速为： 其波速为：
c=
B
ρ
B为媒质的体变弹性模量 ρ 为质量密度 为媒质的体变弹性模量; 为媒质的体变弹性模量 注意：在一般情况下，如果媒质有切变弹性， 注意：在一般情况下，如果媒质有切变弹性，它就 有切变弹性 能传横波（绳波是例外）；如果媒质有体变弹性 ）；如果媒质有体变弹性， 能传横波（绳波是例外）；如果媒质有体变弹性， 它就能传纵波 一切固体，两种弹性都有， 能传纵波。 它就能传纵波。一切固体，两种弹性都有，所以两 种波都能传播；流体（液体和气体） 种波都能传播；流体（液体和气体）没有切变弹性 只有体变弹性，因此只能传纵波（水波是例外）。 只有体变弹性，因此只能传纵波（水波是例外）。
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
四个物理量的联系
ν =1 T
注意
u=
λ
T
= λν
λ = = Tu ν
u
周期或频率只决定于波源的振动 波速只决定于介质的性质
第十章 波动
14
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
在室温下， 例1 在室温下，已知空气中的声速 u1 为340 m·s-1，水中的声速 u 2 为1 450 m·s-1，求 频率为200 Hz和2 000 Hz 的声波在空气中 频率为 和 和水中的波长各为多少？ 和水中的波长各为多少？ 频率为200 Hz和2 000 解 由λ = u ，频率为 和 ν Hz 的声波在 空气中的波长
第十章 波动
5
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
3 复杂波 例如： 例如：地震波 特点： 特点：复杂波可分解为横波和纵波的合成 简谐波 特点： 特点：波源及介质中各点均作简谐振动 （本章研究对象） 本章研究对象）
第十章 波动
6
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
三 波长 波的周期和频率 波速
第十章 波动
9
结论
质点并未“ 随波逐流” 波是振动状态 振动状态的传 (1) 质点并未 “ 随波逐流 ” 。 波是 振动状态 的传 不是质点的流动。 播 ， 不是质点的流动 。 各质点均在自己的平衡 位置附近作振动。 位置附近作振动。 波是相位的传播 相位的传播。 (2) 波是相位的传播。沿传播方向各质点振动的相 位依次落后。 位依次落后。 振动具有时间周期性， (3) 振动具有时间周期性 ， 则波动在空间上也有周 期性。质点完成一次振动，波刚好传播了一个波形。 期性 。 质点完成一次振动 ， 波刚好传播了一个波形 。 各质点都作与波源同方向、同频率的振动； (4) 各质点都作与波源同方向、同频率的振动；即 波动的频率，等于介质中质点的振动频率。 波动的频率，等于介质中质点的振动频率。
u1 340 λ1 = = m = 1 .7 m ν 1 200
第十章 波动
15
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
u1 λ2 = = 0.17 m ν2
在水中的波长
u 2 1 450 ′ λ1 = = m = 7.25 m ν1 200
u2 λ′2 = = 0.725 m ν2
第十章 波动
分类（ ） 分类（1）平面波 （2）球面波 ）
第十章 波动
19
16
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
四 波线 波面 波前 1 波射线（波线） 波射线（波线） 波的传播方向 2 波阵面（波前） 波阵面（波前） 振动相位相同的点组成的面称为波阵面 任一时刻 t 波源最初振动状态在各方向 上传到的点的轨迹. 上传到的点的轨迹 波前是最前面的波阵面
第十章 波动
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
4 波速
u
−1
波在介质中传播的速度 例如， 例如，声波在空气中 340 m⋅ s
水 中 1500 m⋅ s−1 钢铁中 5 000 m⋅ s
−1
决定于介质的弹性（弹性模量） 决定于介质的弹性（弹性模量）和惯 密度） 性（密度）
第十章 波动
11
物理学
第五版
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
振动和波动的关系： 振动和波动的关系： 波动——振动的传播 波动 振动的传播 振动——波动的成因 波动的成因 振动 波动的种类： 波动的种类： 机械波、电磁波、 机械波、电磁波、物质波
第十章 波动
1
物理学
第五版
波速为 T为绳索或弦线中张力 为绳索或弦线中张力; 为绳索或弦线中张力
c =
T
µ
Y
为质量线密度。 µ 为质量线密度。
* 细长的棒状媒质中纵波波速为 c = 细长的棒状媒质中纵波波速 纵波波速为
Y 为媒质的杨氏弹性模量 ρ 为质量密度。 为媒质的杨氏弹性模量;
第十章 波动
12
ρ
* 各向同性均匀固体媒质横波波速 各向同性均匀固体媒质横波波速
1 波长 λ 波传播方向上相邻两振动状态完全相同 的质点间的距离（一完整波的长度） 的质点间的距离（一完整波的长度）.
A O −A
y
u
λ
λ
第十章 波动
x
7
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
横波： 波峰——波峰 横波：相邻 波峰 波峰
波谷—— 波谷 波谷
λ
纵波： 波疏——波疏 纵波：相邻 波疏 波疏
17
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
性质 （1）同一波阵面上各点振动状态相同 ）同一波阵面上各点振动状态相同. （2）波阵面的推进即为波的传播 ）波阵面的推进即为波的传播. （3）各向同性介质中，波线垂直于波阵面 ）各向同性介质中，波线垂直于波阵面.
第十章 波动
18
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
1 波源 2 介质 注意 波是运动状态的传播， 波是运动状态的传播，介 质的质点并不随波传播. 质的质点并不随波传播
第十章 波动
2
作机械振动的物体 声带、乐器等） （声带、乐器等） 能传播机械振动的媒质 （空气、水、钢铁等） 空气、 钢铁等）
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
二 横波与纵波
波密——波密 波密 波密
第十章 波动
8
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
2 周期 T 波传过一波长所需的时间， 波传过一波长所需的时间，或一完整 波通过波线上某点所需的时间. 波通过波线上某点所需的时间 3 频率
ν
T =λ
u
单位时间内波向前传播的完整波的 数目. 内向前传播了几个波长） 数目 （1 s内向前传播了几个波长）
10-1 机械波的几个概念 机械波的传播速度完全取决于介质的弹性 机械波的传播速度完全取决于介质的弹性 性质和惯性性质。 性质和惯性性质。即介质的弹性模量和介质的 密度, 亦即决定于这种波在媒质中传播的机构。 密度 亦即决定于这种波在媒质中传播的机构。 可以证明： 可以证明：
* 对于柔软的绳索和弦线中
1 横波
第十章 波动
3
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
特点： 特点： 波传播方向上各点的振动方 向与波传播方向垂直 2 纵波（又称疏密波） 纵波（又称疏密波） 例如：弹簧波、 例如：弹簧波、 声波
第十章 波动
4
物理学
第五版
10-1 机械波的几个概念 -
纵波
特点： 特点：质点的振动方向与波传播方向一致