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第十章 波动 10-1 机械波的几个概念 物理学 第五版 第十章 波动 物理学 第五版 * 第 十 章 波 动 MECHANICAL WAVES 波 动　 第 十 章　 波动无处不在： 高矗的天线不断向空中传送的信号； 人类就生活在这各种各样波的“海洋”之中。 宇宙深处许多天体的有韵律的辐射。 荡漾的湖水、悠扬的琴声； 水波 声波 天线发射出电磁波 什么是波？ 达·芬奇关于波的描述： 常常是（水）波离开了它产生的地方，而那里的水并不离开；就像风吹过庄稼地形成波浪，在那里我们看到波动穿越田野而去，而庄稼仍在原地。 ----列奥纳多·达·芬奇 如果某处发生的扰动以一定的速度通过空间传播，这个传播的扰动就叫做波。 振动和波动的关系： 振动——波动的成因 波动——振动的传播 机械波、电磁波、物质波 波动的种类： 本章主要讨论机械波的特征和基本规律 一、 机械波的形成 由无穷多的质元通过相互之间的弹性力组合在一起的连续介质。 作机械振动的物体（声带、乐器等） 弹性介质 波源 （1） 激发扰动的波源； （2） 能够传播机械振动的弹性介质。 产生机械波的两个条件： 机械波分为两类：横波与纵波 1. 横波 　　特点： 波传播方向上各点的振动方向与波传播方向垂直 二、横波与纵波 2. 纵波 （又称疏密波） 例如：弹簧波、 声波 声波是一种纵波 4-30 稠密 稀疏 特点：质点的振动方向与波传播方向一致 纵波 介质中各质点仅在各自的平衡位置附近振动，质点并未“随波逐流” 介质中各质点仅在各自的平衡位置附近振动，质点并未“随波逐流” 无论是横波还是纵波，它们都只是振动状态（即振动相位）的传播，弹性介质中各质点仅在各自的平衡位置附近振动，质点并未“随波逐流”。 复杂波 （本章研究对象） 特点：波源及介质中各点均作简谐振动 特点：复杂波可分解为横波和纵波的合成 例如：地震波 简谐波 地震波造成的损害 O y A -A 1.波长? 横波：相邻波峰——波峰 　波谷——波谷 纵波：相邻 波疏——波疏 　波密——波密 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）. 三、波长 波的周期和频率 波速 2. 波的周期和频率? 波的周期T ： 在波源相对介质静止时，波的周期与振动周期重合，但两者周期概念不同。 问: 波的周期与振动周期是否一定一致？ 单位时间内波向前传播的完整波的数目（或1s 内向前传播了几个波长）。 频率? 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。 波速决定于介质的特性（介质密度和弹性模量）。 3. 波速u 理论和实验证明： 固体内横波的传播速度 固体内纵波的传播速度 液体和气体内纵波的传播速度 单位时间内某一振动状态（振动相位）传播的距离。 G —切变模量 E —弹性模量 K —体变模量 液体和气体内只能传播纵波，不能传播横波。 * 四个物理量的联系 注意 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 任一时刻最前面的波面叫波前（或波阵面）。 波线 波前 波面 波面 平面波 球面波 波面是平面的称平面波；波面是球面的称球面波。 四、波线 波面 波前(波动的几何描述) 某一时刻介质中各振动相位相同的点组成的面。 波线 波面 在波动过程中，沿波的传播方向画出的带箭头的射线。 性质： ※ 各向同性介质中，波线垂直于波阵面. ※ 波阵面的推进即为波的传播. ※ 同一波阵面上各点振动状态相同. （1）波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播。 注意 （2）介质中质点的振动方向和波动的传播方向是两个不同的概念，两者方向不一定一致。 （3）沿波的传播方向，各质元的振动相位依次落后，波是相位的传播。 介质中各质点仅在各自的平衡位置附近振动，质点并未“随波逐流” * 例1 在室温下，已知空气中的声速 为340 m·s-1，水中的声速 为1 450 m·s-1，求 频率为200 Hz和2 000 Hz 的声波在空气中 和水中的波长各为多少？ 解 由 ，频率为200 Hz和2 000 空气中的波长 Hz 的声波在 * 在水中的波长 第十章 波动 10-1 机械波的几个概念 物理学 第五版 第十章 波动 物理学 第五版