大學(xué)物理,波動(dòng)

1、1波動(dòng)波動(dòng)是振動(dòng)是振動(dòng)( (相位相位) )的傳播，簡稱波的傳播，簡稱波. .振動(dòng)振動(dòng) 機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng) 電磁振動(dòng)電磁振動(dòng) 波波 機(jī)械波機(jī)械波 電磁波電磁波 波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播 機(jī)械波產(chǎn)生的條件：機(jī)械波產(chǎn)生的條件： 振源振源和和彈性介質(zhì)彈性介質(zhì). . 彈性介質(zhì)彈性介質(zhì)由彈性力組合的連續(xù)介質(zhì)由彈性力組合的連續(xù)介質(zhì). .正彈性力正彈性力( (壓、張壓、張):):液體、氣體、固體液體、氣體、固體 彈性力彈性力切彈性力切彈性力 固體固體1 1 波的基本概念波的基本概念 2波的產(chǎn)生波的產(chǎn)生3波面波面波線波線波線波線波面波面4cos()yAt/tx u /tx ucosxyAtu5cosx

2、yAtu( , )cosxy x tAtuxuxu6 212 ,TTcosxyAtuxucosxyAtu 7( , )cosxy x tAtuuuT002xxttuuuuT8ku2Tku 1 2 k 2 、ku9coscos2cos2yAtkxxyAtxyAtu1011cosxyAtu0sinyxvAttu 2222011sin22kxdEdVvdVAtumd12sinyAxtxuuxy 2222211sin22pyAxdENdVNdVtxuuNu橫2221sin2pxdEdVAtuxxd yydO13kpdEdE 222sinxdEdVAtu14222sindExAtdVu01TdtT222

3、02220220221sinsin11 cos2212TTTxAtdtTuAxtdtTuAxtdtTuAT15uTds2212uTdsuA uTdsI2212IuA uu2mW162211SISI21122221521222122221144AArrAArrIIrIrI）式）式利用（利用（ 17聲波聲波 能引起聽覺的機(jī)械波能引起聽覺的機(jī)械波416Hz2 10 Hz聲波：聲波：次聲波：次聲波：41 10 Hz16Hz超聲波：超聲波：482 10 Hz5 10 Hz 人的聽覺與頻率和聲強(qiáng)有關(guān)人的聽覺與頻率和聲強(qiáng)有關(guān) . 最低聲強(qiáng)（聞閾）最低聲強(qiáng)（聞閾）I0=10-12W/m2 (約約1000Hz)

4、 最高聲強(qiáng)（痛閾）最高聲強(qiáng)（痛閾）I 10W/m2 (約約1000Hz) 22212IAu聲強(qiáng)聲強(qiáng)聲波的波強(qiáng)聲波的波強(qiáng) 三、三、 聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí) 18聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí) 人耳所感受到的聲音的響度人耳所感受到的聲音的響度. 聲波傳播的速度幾乎與頻率無關(guān)，而速度與介聲波傳播的速度幾乎與頻率無關(guān)，而速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，所以聲波傳播的速度對于溫度和壓質(zhì)的密度有關(guān)，所以聲波傳播的速度對于溫度和壓強(qiáng)的變化很敏感強(qiáng)的變化很敏感.0lg(B)ILI010lg(dB)ILI定義定義聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)I0為人耳聽得到的最小聲強(qiáng)（標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)）為人耳聽得到的最小聲強(qiáng)（標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)）.19（紅線為等響度線）（紅線為等響度線）

5、語言區(qū)域語言區(qū)域痛閾痛閾聞閾聞閾 /HZ20100050010050001000002040608010012010-210-410-610010-810-1010-12L/dbI/W m-220引起痛覺的聲音引起痛覺的聲音炮炮 聲聲鉚鉚 釘釘 機(jī)機(jī)交通繁忙的亍道交通繁忙的亍道通通 常常 談?wù)?話話耳耳 語語引起聽覺的最低聲音引起聽覺的最低聲音樹葉沙沙聲樹葉沙沙聲聲聲 源源聲強(qiáng)聲強(qiáng)/W m-2 1110-210-510-610-1010-1110-12聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)/dB 震耳震耳響響正常正常輕輕極輕極輕12010070602010012021一一. . 惠更斯原理惠更斯原理1. 原理原理 :

6、媒質(zhì)中波傳到的各點(diǎn)媒質(zhì)中波傳到的各點(diǎn),都可看作開始發(fā)都可看作開始發(fā)射子波的射子波的子波源子波源 (點(diǎn)波源點(diǎn)波源)。 在以后的任一時(shí)刻在以后的任一時(shí)刻, 這些這些子波面的包絡(luò)子波面的包絡(luò)面面就是實(shí)際的波在該時(shí)刻的就是實(shí)際的波在該時(shí)刻的波前波前 。2. 應(yīng)用應(yīng)用 :t時(shí)刻波面時(shí)刻波面 t+ t時(shí)刻波面時(shí)刻波面波的傳播方向波的傳播方向4 4 惠更斯原理惠更斯原理22平面波平面波t+ t時(shí)刻波面時(shí)刻波面u t波傳播方向波傳播方向t 時(shí)刻波面時(shí)刻波面球面波球面波 tt + t二二. . 波的衍射波的衍射1. 現(xiàn)象現(xiàn)象波傳播過程中當(dāng)遇到障礙物時(shí)波傳播過程中當(dāng)遇到障礙物時(shí), ,能能 繞過障礙物的邊緣而傳播的

7、現(xiàn)象。繞過障礙物的邊緣而傳播的現(xiàn)象。3. 不足不足232. 作圖作圖 可用惠更斯原理作圖可用惠更斯原理作圖a比較兩圖比較兩圖 如你家在大山后如你家在大山后,聽廣播聽廣播和看電視哪個(gè)更容易和看電視哪個(gè)更容易?(若廣播臺(tái)、電視臺(tái)都在山前側(cè)若廣播臺(tái)、電視臺(tái)都在山前側(cè))三三. .波的反射和折射波的反射和折射1. 波的反射波的反射 (略略)242. 波的折射波的折射 用作圖法求出折射波的傳播方向用作圖法求出折射波的傳播方向BC=u1(t2-t1) 媒質(zhì)媒質(zhì)1媒質(zhì)媒質(zhì)2折射波傳播方向折射波傳播方向AE=u2(t2-t1)ACi1i2t1t2BE由圖有由圖有 波的折射定律波的折射定律 2121sinsinu

8、uii i1-入射角入射角, i2-折射角折射角2522222yyutx波的疊加原理波的疊加原理26 兩束疊加的波在交迭區(qū)域某些點(diǎn)處振幅始終最大，另一些位置振幅始兩束疊加的波在交迭區(qū)域某些點(diǎn)處振幅始終最大，另一些位置振幅始終最小，而其它位置，振動(dòng)的強(qiáng)弱介乎二者之間，保持不變終最小，而其它位置，振動(dòng)的強(qiáng)弱介乎二者之間，保持不變.稱這種穩(wěn)定的稱這種穩(wěn)定的疊加圖樣為干涉現(xiàn)象疊加圖樣為干涉現(xiàn)象S1S21r2rP2728)cos(kxtAy 1)cos(kxtAy 2tkxAkxtAkxtAyyy cos)cos()cos()cos(221 2ktxAy coscos 222930vff v vfvf31ff觀觀v 觀觀vvv fvvvf觀vf1vffv觀觀觀vvv ff1vvvffv觀觀動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示321vffv觀33)( 是波速是波速vvTAB v源ABAAA fvvvvffv Tv vTv v源源源v源動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示34vffvv源vffvv源3536vvfv T 觀源vvfvv觀源觀測者測得頻率為：觀測者測得頻率為：注意：注意： 對于彈性波，不存在橫向多普勒效應(yīng)，因此，對于彈性波，不存在橫向多普勒效應(yīng)，因此，如果波源和觀測者的運(yùn)動(dòng)不是沿它們的聯(lián)線方向如果波源和觀測者的運(yùn)動(dòng)不是沿它們的聯(lián)線方向（縱向），以上各式中的（縱向），以上各