文档介绍：第十章机械波
振动在空间的传播过程叫做波动。
机械振动在弹性介质中的传播称为机械波。下面以机械波为例介绍波的一些物理概念。
声波、水波、电磁波都是物理学中常见的波,它对应一种物质波。波既可以是运动状态的传递而非物质的自身运动,也可以是物质本身的运动结果,甚至把波直接看作一种粒子。
各种类型的波有其特殊性,例如,声波需要介质才能传播,电磁波却可在真空中传播,至于光波有时可以直接把它看作粒子—光子的运动。但也有普遍的共性。
机械波的几个概念
——(机械波产生的条件)
弹性介质____由弹性力组合的连续介质。
波源____波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力,将振动传播开去,从而形成机械波。波动是振动状态的传播,是能量的传播,而不是质点的传播。
一、机械波的形成:
t = 0
0
4
8
16
20
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12
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t = T/2
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t = 3T/4
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t = T
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t = T/4
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结论
质元并未“随波逐流”, 波的传播不是媒质质元的传播. “上游”的质元依次带动“下游”的质元振动.
某时刻某质元的振动状态将在较晚时刻于“下游”某处出现---波是振动状态的传播.
波是相位的传播
沿波的传播方向,各质元的相位依次落后。
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a
b
 x
x
u
传播方向
图中 b 点比 a 点的相位落后.
4. 波形曲线(波形图)
不同时刻对应有不同的波形曲线
o

x
u
t

波形曲线能反映横波、纵波的位移情况
:
横波——振动方向与传播方向垂直。
纵波——振动方向与传播方向相同。
任一波,例如,水波、地表波,都能分解为横波与纵波来进行研究。
波形曲线能反映各质元的振动方向。
二、波线、波面、波前
波线(或波射线)--波的传播方向称之为波射线或波线。
波面(或相面)--某时刻介质内振动相位相同的点组成的面称为波面。
波前(波阵面)--某时刻处在最前面的波面。
波场:波传播到的空间。
波线
波面
波面
波线
球面波平面波在各向同性均匀介质中,波线与波阵面垂直.
球面波
平面波
三、波的周期性和波速
波长--振动相位相差2π的两个相邻波阵面之间的距离是一个波长。或振动在一个周期中传播的距离,称为波长,用表示。
波长、波速和频率:
波速--单位时间某种一定的振动状态(或振动相位) 所传播的距离称为波速,也称之相速。
频率--单位时间内质点振动的次数
波动的频率,等于介质中质点的振动频率。
--表示波在空间的周期性
--表示波在时间上的周期性
波的周期T:波传过一个波长的时间,或一个完整的波通过波线上某一点所需要的时间叫做波的周期T。
通过波速联系起来
物体的弹性和波速
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。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。
注意与质元振动速度区别。
可以证明:
T为绳索或弦线中张力;
为质量线密度
细长的棒状媒质中纵波波速为
Y为媒质的杨氏弹性模量;
为质量密度
各