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1、第四章 振动与波动,魔术波,声学显微镜(acoustic microscope)下看到的晶体管(transistor)图象,超声波(ultrasound) 探测到母胎里胎儿(fetus) 的图象,在黑暗中怎样发现蛾子(moth)?,没有光和声音, 蝎子(scorpion)怎样检测到甲虫(beetle)?,机械波是如何产生与传播的？,与波源的振动状态有关,与介质的性质有关,第4章 波动学基础,振动和波动,振动:于平衡位置附近振动，不随波逐流,波动: 振动在空间的传播,机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程,电磁波：交变电磁场在空间的传播过程,波动的共同特征：具有一定的传播速度，且都伴有能量的传播
2、。能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。,波动的种类,天线发射出电磁波,水波,声波,物质波：微观粒子的运动,其本身具有的波粒二象性,机械波,1. 机械波产生的条件,1) 波源被传播的机械振动,2) 弹性介质任意质点离开平衡位置会受到弹性力作用.在波源发生振动后,由于弹性力作用,会带动邻,近的质点也以同样的频率振动.这样,就把振动传播出去.,故机械振动只能在弹性介质中传播.,4-5 机械波的产生和传播,一、机械波的形成 机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程,横波(transverse wave) 纵波(longitudinal wave),横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直,纵波：质点的振动
3、方向与波的传播方向平行,软绳,软弹簧,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.空气中的声波是纵波.液体表面情况较复杂.,纵波与横波的特征：横波存在波腹和波谷 纵波存在相间的稀疏和稠密区域,2. 机械波的传播特征 1) 介质中每一质点仅在各自平衡位置附近振动.不随波逐流. 2) 介质中各质点之间沿波传播方向相位依次落后. 3) 经t后,波形在传播,能量在传播.,波线(wave ray): 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. 波面(wave surface) (同相位面): 波在传播过程中,所有振动相位相同的点连成的面.,波前(wave
4、front): 最前面的那个波面.,二、波动的描述 1. 波线、波面和波前,波长(wavelength) : 振动状态完全相同的相邻两质点之间的距离.,周期(period) T : 波形移过一个波长所需的时间. 频率(frequency) :单位时间内波动前进距离中完整波长的个数.,波速(wave speed) u: 单位时间内振动状态(振动相位)的传播速度,又称相速(phase velocity).机械波速取决于弹性介质的物理性质.,2. 波的特征量 波的特征：在空间、时间上具有周期性,讨论: (1) u 相位传播速度：在各向同性介质中为常数 v 质点振动速度:,(2) 影响波速的因素：介质
5、的特性 (弹性模量,介质的密度和温度),结论：波速由弹性介质性质决定,频率(或周期)则由波源的振动特性决定.,(3) 波速与频率无关。,2) 液体和气体 (只能传播纵波,不能传播横波.),理想气体：,3. 波形曲线,描述某时刻,波线上各点位移的分布 (广义),注意：波形曲线与振动曲线比较 (见下页表),4. 波函数（波动方程的积分形式）, 建立波函数的依据 波的空间、时间周期性 沿波传播方向各质元振动状态(相位)相继落后 （滞后效应）, 振动量 随时间、空间的变化规律,思考：机械波的发射和接收方法?,发射：敲击物体,弹琴,激发声带,电信号激励扬声器等,接收：人耳,传声器(话筒),水声换能器、超声换能器等,