機(jī)械波的產(chǎn)生及分類

1、1機(jī)械波的產(chǎn)生及分類機(jī)械波的產(chǎn)生及分類 2 各種類型的波有其特殊性，但也有普遍的共性。各種類型的波有其特殊性，但也有普遍的共性。如都具有一定的傳播速度，都伴隨著能量的傳播，都如都具有一定的傳播速度，都伴隨著能量的傳播，都能產(chǎn)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象。能產(chǎn)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象。 下面以機(jī)械波為例介紹波的一些物理概念，討下面以機(jī)械波為例介紹波的一些物理概念，討論波動的現(xiàn)象和規(guī)律。論波動的現(xiàn)象和規(guī)律。 振動的傳播稱為波動，簡稱波，它也是物質(zhì)的一振動的傳播稱為波動，簡稱波，它也是物質(zhì)的一種重要的運(yùn)動形式。種重要的運(yùn)動形式。波動一般可分為兩大類：波動一般可分為兩大類：機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程，

2、稱為機(jī)械波。機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程，稱為機(jī)械波。變化的電磁場在空間的傳播過程，稱為電磁波。變化的電磁場在空間的傳播過程，稱為電磁波。近代物理發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)微粒也具有波動性，稱為近代物理發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)微粒也具有波動性，稱為物質(zhì)波物質(zhì)波。前前 言言3機(jī)械波是機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播。機(jī)械波是機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播。1. .振源振源2. .彈性介質(zhì)彈性介質(zhì)彈性介質(zhì)是指由彈性力組合的連續(xù)介質(zhì)。彈性介質(zhì)是指由彈性力組合的連續(xù)介質(zhì)。 波源處質(zhì)點(diǎn)的振動通過彈性介質(zhì)中的彈性力，將波源處質(zhì)點(diǎn)的振動通過彈性介質(zhì)中的彈性力，將振動傳播開去，從而形成機(jī)械波。振動傳播開去，從而形成機(jī)械波。 波動是振動狀態(tài)的傳播，

3、是能量的傳播，而不是波動是振動狀態(tài)的傳播，是能量的傳播，而不是質(zhì)點(diǎn)的傳播。質(zhì)點(diǎn)的傳播。 根據(jù)介質(zhì)質(zhì)元的振動方向與波的傳播方向間的關(guān)根據(jù)介質(zhì)質(zhì)元的振動方向與波的傳播方向間的關(guān)系，可以將機(jī)械波分為兩類：系，可以將機(jī)械波分為兩類：橫波橫波和和縱波縱波。41.1.橫波橫波 各質(zhì)點(diǎn)振動方向與波各質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向垂直的波。的傳播方向垂直的波。傳播方向傳播方向如繩波、如繩波、電磁波電磁波為橫波。為橫波。播放動畫播放動畫BD_12t= T/2 t= 3T/4 t = Tt = T/40481620 12 t = 05 各質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播各質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向平行的波。方向平行的波。傳播方

4、向傳播方向播放動畫播放動畫縱波是靠介質(zhì)疏密部變化傳播的?？v波是靠介質(zhì)疏密部變化傳播的。如聲波，彈簧波為縱波。如聲波，彈簧波為縱波。 任一波例如，水波、地表波，都能分解為橫波任一波例如，水波、地表波，都能分解為橫波與縱波來進(jìn)行研究。與縱波來進(jìn)行研究。2.2.縱波縱波61. . 波的傳播不是介質(zhì)質(zhì)元的傳播。在波動過程中，波的傳播不是介質(zhì)質(zhì)元的傳播。在波動過程中，各質(zhì)元本身并不遷移，各質(zhì)元本身并不遷移，只在各自的平衡位置附近振動。只在各自的平衡位置附近振動。傳播出去的僅是質(zhì)點(diǎn)的振動狀態(tài)（亦稱位相），而振傳播出去的僅是質(zhì)點(diǎn)的振動狀態(tài)（亦稱位相），而振動狀態(tài)的傳播表現(xiàn)為波形的向前推進(jìn)。動狀態(tài)的傳播表現(xiàn)為

5、波形的向前推進(jìn)。2 . .“上游上游”的質(zhì)元依次帶動的質(zhì)元依次帶動“下游下游”的質(zhì)元振動，某的質(zhì)元振動，某時刻質(zhì)元的振動狀態(tài)將在較晚時刻于時刻質(zhì)元的振動狀態(tài)將在較晚時刻于“下游下游”某處出某處出現(xiàn)。波動中各質(zhì)元的振動是受迫振動，它們的振動頻現(xiàn)。波動中各質(zhì)元的振動是受迫振動，它們的振動頻率與波源的振動頻率相同，與介質(zhì)無關(guān)。率與波源的振動頻率相同，與介質(zhì)無關(guān)。3. . 同相位點(diǎn)同相位點(diǎn)-質(zhì)元的振動狀態(tài)相同。質(zhì)元的振動狀態(tài)相同。振動是描寫一個質(zhì)點(diǎn)振動。振動是描寫一個質(zhì)點(diǎn)振動。波動是描寫一系列質(zhì)點(diǎn)作振動。波動是描寫一系列質(zhì)點(diǎn)作振動。4. .振動與波動的區(qū)別振動與波動的區(qū)別7橫軸橫軸x表示波的傳播方向，

6、表示波的傳播方向，1.1.波形圖波形圖yoxu坐標(biāo)坐標(biāo)x表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，表示質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，縱軸縱軸y表示質(zhì)點(diǎn)的振動方向，表示質(zhì)點(diǎn)的振動方向，坐標(biāo)坐標(biāo)y表示質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移。表示質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移。表示某一選定時刻波中各質(zhì)點(diǎn)位置的圖。表示某一選定時刻波中各質(zhì)點(diǎn)位置的圖。x y平面上一條曲線就表示某一時刻的波形圖。平面上一條曲線就表示某一時刻的波形圖。說明：說明：在橫波中波形圖與實際的波形是相同的，但在在橫波中波形圖與實際的波形是相同的，但在縱波中，由于波形圖表示的是各質(zhì)點(diǎn)位移的分布情況，縱波中，由于波形圖表示的是各質(zhì)點(diǎn)位移的分布情況，而區(qū)別于質(zhì)點(diǎn)的實際位置分布。而區(qū)別于質(zhì)點(diǎn)的實際

7、位置分布。8傳播方向傳播方向波的傳播方向稱之為波的傳播方向稱之為波射線或波線波射線或波線。某時刻介質(zhì)內(nèi)振動相位相同的點(diǎn)組某時刻介質(zhì)內(nèi)振動相位相同的點(diǎn)組成的面稱為成的面稱為波面或同相面波面或同相面。某時刻處在最前面的波面稱為某時刻處在最前面的波面稱為波前波前。波線波面波面波線 球面波、平面波在各向同性均勻介球面波、平面波在各向同性均勻介質(zhì)中，質(zhì)中，波線與波陣面垂直波線與波陣面垂直. . 如果波源是簡諧振動，那么介質(zhì)中各個如果波源是簡諧振動，那么介質(zhì)中各個質(zhì)點(diǎn)也作簡諧振動，其頻率和波源相同，振質(zhì)點(diǎn)也作簡諧振動，其頻率和波源相同，振幅也和波源有關(guān)。這種波稱為簡諧波。幅也和波源有關(guān)。這種波稱為簡諧波。

8、 所有復(fù)雜的波都可以看成是由不同頻所有復(fù)雜的波都可以看成是由不同頻率的簡諧波的合成。率的簡諧波的合成。2.2.波線、波面、波前波線、波面、波前振動狀態(tài)或振動能量沿恒定方向傳播的波稱為振動狀態(tài)或振動能量沿恒定方向傳播的波稱為行波行波。91.1.周期周期 T T：傳播一個完整的波形所傳播一個完整的波形所用的時間。用的時間?；蛞粋€完整的波通過波或一個完整的波通過波線上某一點(diǎn)所需要的時間線上某一點(diǎn)所需要的時間（與質(zhì)點(diǎn)（與質(zhì)點(diǎn)振動周期相同）振動周期相同）2.2.頻率頻率 ：單位時間內(nèi)傳播完整波形的個數(shù)。（與單位時間內(nèi)傳播完整波形的個數(shù)。（與質(zhì)點(diǎn)振動頻率相同）質(zhì)點(diǎn)振動頻率相同）3.3.波長波長 ：兩相鄰兩

9、相鄰波峰波峰或或波谷波谷或或相位相同點(diǎn)相位相同點(diǎn)間的距離。間的距離?；蛘駝釉谝粋€周期中傳播的距離，或振動在一個周期中傳播的距離，yoxu104 4、波速、波速 u u 波在介質(zhì)中的傳播速度。波在介質(zhì)中的傳播速度。單位時間某種單位時間某種一定的振動狀態(tài)一定的振動狀態(tài)(或振動相位或振動相位)所傳播的距離稱為波所傳播的距離稱為波速速u ，也稱之相速，也稱之相速 。注意注意：周期、頻率與介質(zhì)無關(guān)，與波源的相同。波周期、頻率與介質(zhì)無關(guān)，與波源的相同。波在不同介質(zhì)中頻率不變。在不同介質(zhì)中頻率不變。 機(jī)械波的波速決定于介質(zhì)的慣性和彈性，因此，機(jī)械波的波速決定于介質(zhì)的慣性和彈性，因此，不同頻率的同一類波在同一

10、介質(zhì)中波速相同。不同頻率的同一類波在同一介質(zhì)中波速相同。在各向同性均勻固體中在各向同性均勻固體中橫波橫波縱波縱波/Gu/EuG 切變彈性模量，切變彈性模量，E 楊氏模量，楊氏模量， 密度。密度。液體中液體中 縱波縱波/KuK 容變彈性模量。容變彈性模量。yoxu11,1TuTu表示波在空間的周期性表示波在空間的周期性表示波在時間上的周期性表示波在時間上的周期性u通過波速通過波速 聯(lián)系起來聯(lián)系起來注意注意: :在討論彈性波的傳播時，要假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)的在討論彈性波的傳播時，要假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)的。因為當(dāng)波長遠(yuǎn)大于媒質(zhì)分子間距離時，媒質(zhì)中一個。因為當(dāng)波長遠(yuǎn)大于媒質(zhì)分子間距離時，媒質(zhì)中一個波長的距離內(nèi)有無數(shù)分子在陸續(xù)振動，宏觀上看來媒波長的距離內(nèi)有無數(shù)分子在陸續(xù)振動，宏觀上看來媒質(zhì)就象連續(xù)的一樣。質(zhì)就象連續(xù)的一樣。 高度真空中分子間距離極大，不能傳播聲波，就高度真空中分子間距離極大，不能傳播聲波，就是由于這原因。是由于這原因。 如果波長小到