文档介绍：模块一机械振动与机械波
导入:超声波属于机械波的一种,而机械振动又是机械波的源头。因此,学好超声波检测就必须了解机械振动与机械波的有关知识。
课时:2学时。
授课方式:新授。
重点:机械振动的运动特点和类型;机械波的产生和类型及物理量和特点。
难点:波动方程。
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模块一机械振动与机械波
波是物质运动的一种形式,它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。
波动类型
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电磁波
机械波
水波
声波
……
机械振动在弹性介质中的传播称为机械波。
模块一机械振动与机械波
一、机械振动
物体在某一固定的位置(即平衡位置)附近作周期性的往复运动,这种运动形式被称为机械振动,简称振动。如右图的弹簧振子。
相关参数:
周期---振动的物体完成一次全振动需要的时间。
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频率---单位时间内物体的振动次数,单位Hz。
振幅---振动中,物体离开平衡位置的最大位移。
模块一机械振动与机械波
振动类型
不在外力作用下的振动称为自由振动。理想的无阻尼情况下的振动称为无阻尼振动,振幅将一直保持不变。最简单最基本的直线无阻尼自由振动称为简谐振动,简称谐振。
谐振规律:
在周期性外力的作用下产生的振动称为受迫振动,这个周期性的外力称为策动力。如扬声器中纸盆的振动。
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模块一机械振动与机械波
要点:
①自由振动时的周期、频率分别称为固有周期、固有频率。它们由振动系统的自身系统决定,与振幅无关。
②受迫振动时的振动频率与外加的策动力频率一致,当其等于振动系统的固有频率时,将引起系统的共振。
二、机械波
机械振动在弹性介质中的传播过程,称为机械波。
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波源
媒介
产生条件
模块一机械振动与机械波
弹性介质示意图
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波的物理量
波长:在同一波线上两个相邻的振动相位相同的质点之间的距离,称为波长(即一个“波”的长度),用符号λ表示。波长的常用单位是毫米(mm)或米(m)。
频率:单位时间内波动通过某一位置的完整波的数目,称为波动频率,也是质点在单位时间内的振动次数,用符号f表示。频率的常用单位是赫兹(Hz),即(次)/秒。
模块一机械振动与机械波
波速:在波动过程中,某一振动状态(即振动相位)在单位时间内所传播的距离叫做波速,用c表示,其常用单位为米/秒(m/s)。
波动方程
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模块一机械振动与机械波
小结:
本节主要讲授了振动的含义,机械振动的类型及它们的特点、机械波的传播方式、常用的物理量和波动方程表达式等。从中可以看出,机械振动是机械波的源头,机械波是振动形式和能量的传播,没有物质的迁移。振动和波动的规律可分别用振动方程和波动方程来描述。
作业:
如何理解机械振动和机械波之间的关系?机械波的产生需要哪些条件?
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模块二机械波的衍射与干涉
导入:超声检测时,我们必须知道超声波是如何在工件中传播的,遇到缺陷或者几列波碰到一起,会表现出那些特性,因此有必要学****波的衍射与干涉。
课时:2学时。
授课方式:新授(有条件的可借助实验器材)。
重点:惠更斯原理、衍射、干涉。
难点:干涉和驻波。
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模块二机械波的衍射与干涉
一、惠更斯原理
波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波波阵面的包迹就决定新的波阵面。
t 时刻波阵面t+t 时刻波阵面波的传播方向。
如下图所示。
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荷兰物理学家(1629-1695)