大学物理学：06第六章振动和波-新版.ppt

频率相同、振动方向相同、振幅相同而传播方向相反的两列波相叠加，形成驻波。驻波是一种特殊的干涉现象。 绳 设两列波的方程为 沿正方向传播： 沿负方向传播： 两列波重叠处的合振动为： 三、驻波(standing wave) 第六节 波的叠加 波的干涉 1. 此表达式不表示行波，它表示了各个不同位置处（坐标 x）的点在不同时刻的振动情况。 2. 注意到不同位置处各质点做不等幅但同频率的简谐振动，并且在某些点处的振幅为零，形成波节，在某些点处的振幅最大，形成波腹。 3. 驻波没有能量的定向传播. ★合振动——驻波的表达式 第六节 波的叠加 波的干涉 ★驻波的波形特征 1. 两个波节（或波幅）的间距为?/2。 同一段上的各点的振动同相，而隔开一个波节的各点的振动反相。 波节 波腹 x 振幅大小的包络线 第六节 波的叠加 波的干涉 ★半波损失（half wave loss） 在介质的分界面处出现波节，必须入射波和反射波在分界面处的相位相反。 考虑绳子两端固定的驻波：当波从一种介质垂直入射到第二种介质时，如果第二中介质的密度与波速的乘积大于第一中介质的密度与波速的乘积（前者称波密介质，后者称波疏介质），即?2u2?1u1 ，则分界面处将出现波节，这时入射波与反射波在分界面有π的相位突变，从波长的角度考虑有λ/2的波长差，此现象称半波损失。 B （b） 波疏 波密 λ/2 B （a） 波密 波疏 第六节 波的叠加 波的干涉 第七节 声波 声波(sound wave)： 频率范围 20～20000 Hz内的声振动。 超声波(ultrasonic)： 频率高于此范围。 次声波(infrasound)： 频率低于此范围。 声波是机械振动在弹性介质中传播的纵波。 声强级公式：单位用分贝(decibel, dB)表示： 声强：声波的能流密度。它是单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量。即：I=?A2?2u/2 。 人耳是很灵敏的感觉器官，所能感受的声音的强度范围非常大， 数量级相差1012倍。如：1000Hz声音，10-12W/m2 I 1 W/m2， 它也无法将这样大范围的声音由弱到强分辨出1012个等级来。 在声学中普遍使用对数标度来量度声强，叫声强级（I. L.）。 I 0=10-12W/m2，是闻阈的声强，因此闻阈的声强为0dB，而痛阈的声强为120dB。 注意：声强级不能用代数相加。 一、声强级和听觉区域 第七节 声波 引起人听觉的声强范围： 10-12W/m2 I 1 W/m2 第七节 声波 当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者听到的笛声变尖，即频率升高；相反，当火车离开站台，听到的笛声频率降低。?? 波源与观察者之间有相对运动时，观察者接受到的波的频率?R与波源的振动频率?s不同，这种现象称为多普勒效应。机械波的多普勒效应称为经典多普勒效应。 J.C.Doppler 二、多普勒效应(Doppler effect) 第七节 声波 S vo 观察者向波源运动时，1 s 内接收到更多的波峰， 即观测到的波的频率增高。 S vs 波源向观察者运动时， 观察者更快接收到下一个波峰， 即观测到的频率增高。 利用声波的多普勒效应可以测定流体的流速、潜艇的速度，还可以用来报警和监测车速。在医学上，利用超声波的多普勒效应对心脏跳动情况进行诊断，做成超声心动、多普勒血流仪等。 第七节 声波 机械波的多普勒效应计算公式： “相互接近”即相向运动时 , vo 、vs 取正号，观察所得频率高于实际频率。 “相互远离”即相背运动时，vo 、vs 取负号，观察所得频率低于实际频率。 vo S vs O 第七节 声波 天文学上的“红移”就是电磁波的多普勒效应。分子、原子的发光光谱的多普勒展宽，会使得光谱的单色性变差。 ★光的多普勒效应 对光波也存在多普勒效应。但是光的传播不依赖弹性介质，而重要的是相对运动速度vr，并应用相对论处理。 当光源和观察者之间的相对运动速度vr，彼此远离时，观察所得频率ν’小于光源频率ν： 当光源和观察者之间的相对运动速度vr，彼此接近时，观察所得频率ν’大于光源频率ν： 第七节 声波 ★超声波 超声波的频率在?2×104 Hz?~1012 Hz?范围内，不能引起人耳声音有声音的感觉。将压电晶体置于高频电场中，利用其压电伸缩的性质，即可在媒质中产生超声波。超声波具有以下一些特点： 方向性强：超声波频率高、波长短，医用超声波频率可达数百万赫兹，衍射现象不明显，近似直线定向传播。利用这一特性，可进行探测与定位。? 强度大：超声