大學(xué)物理A1機(jī)械波

1、1會(huì)計(jì)學(xué)大學(xué)物理大學(xué)物理A1機(jī)械波機(jī)械波第1頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.1 6.1 機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播和描述機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播和描述6.2 6.2 平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)6.3 6.3 波的能量波的能量6.4 6.4 惠更斯原理波的衍射、反射和折射惠更斯原理波的衍射、反射和折射6.5 6.5 波的干涉波的干涉6.6 6.6 駐駐 波波6-7 6-7 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)第2頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6振動(dòng)振動(dòng):于平衡位置，無(wú)隨波逐流于平衡位置，無(wú)隨波逐流波動(dòng)波動(dòng): : 振動(dòng)的傳播過(guò)程振動(dòng)的傳播過(guò)程 ：機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程交變電磁場(chǎng)在

2、空間的傳播過(guò)程交變電磁場(chǎng)在空間的傳播過(guò)程微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，其本身具有的波粒二象性微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，其本身具有的波粒二象性 第3頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 具有一定的傳播速度，且具有一定的傳播速度，且都伴有能量的傳播。能產(chǎn)生都伴有能量的傳播。能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象?，F(xiàn)象。第4頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 6.1 機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播和描機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播和描述述Yx0u 與媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)與媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)機(jī)械波機(jī)械波一群質(zhì)一群質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)，以彈性力相聯(lián)以彈性力相聯(lián)系。其中系。其中一個(gè)質(zhì)點(diǎn)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在外力作用下振動(dòng)在外力作用下振動(dòng)，引起其他質(zhì)點(diǎn)也，引起其他質(zhì)點(diǎn)也相繼振動(dòng)相

3、繼振動(dòng). .媒質(zhì)媒質(zhì)波源波源第5頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-61. 波源波源被傳播的機(jī)械振動(dòng)被傳播的機(jī)械振動(dòng) 2. 彈性介質(zhì)彈性介質(zhì)能夠傳播機(jī)械能夠傳播機(jī)械振動(dòng)得介質(zhì)。振動(dòng)得介質(zhì)。 任意質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置會(huì)受到任意質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置會(huì)受到彈性力作用。在波源發(fā)生振動(dòng)后彈性力作用。在波源發(fā)生振動(dòng)后，由于彈性力作用，會(huì)，由于彈性力作用，會(huì)帶動(dòng)帶動(dòng)鄰近鄰近的質(zhì)點(diǎn)也以同樣的頻率振動(dòng)。這的質(zhì)點(diǎn)也以同樣的頻率振動(dòng)。這樣，就把振動(dòng)傳播出去樣，就把振動(dòng)傳播出去。 故機(jī)械振動(dòng)只能在彈性介質(zhì)故機(jī)械振動(dòng)只能在彈性介質(zhì)中傳播。中傳播。 第6頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.1.2 6.1.2 橫波與縱波橫波與縱波橫波：質(zhì)點(diǎn)

4、的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直軟繩波的傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向 橫波存在波腹和波橫波存在波腹和波谷谷第7頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行軟彈簧波的傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向縱波存在相間的稀疏和稠密區(qū)域?？v波存在相間的稀疏和稠密區(qū)域。機(jī)械波中，橫波只能在固體中出現(xiàn)；機(jī)械波中，橫波只能在固體中出現(xiàn)；縱波可在氣體、液體和固體中出現(xiàn)?？v波可在氣體、液體和固體中出現(xiàn)。 空氣中的聲波是縱波。空氣中的聲波是縱波。液體表面的波動(dòng)情況較復(fù)雜，不是單純的縱波或橫波液體表面的波動(dòng)情況較復(fù)雜，不是單純的縱波或橫波。第8頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6從波源沿各傳播方向從波源沿各傳播方向所畫(huà)的帶箭

5、頭的線，用以所畫(huà)的帶箭頭的線，用以表示波的傳播路徑和傳播表示波的傳播路徑和傳播方向。方向。 波面波面波波線線波面波面波波線線球面波球面波平面波平面波 最前面的那個(gè)波面稱為最前面的那個(gè)波面稱為。 波在傳播過(guò)程中波面有無(wú)窮多個(gè)。波在傳播過(guò)程中波面有無(wú)窮多個(gè)。在各向同性介質(zhì)中波線和波面垂直。在各向同性介質(zhì)中波線和波面垂直。波在傳播過(guò)波在傳播過(guò)程中，所有振動(dòng)相位相同的點(diǎn)程中，所有振動(dòng)相位相同的點(diǎn)連成的面連成的面. .第9頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 波長(zhǎng)波長(zhǎng) ：沿波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相：沿波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相位差為位差為 的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)之間的距離，即一個(gè)完整的振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)之間的距離，即一個(gè)完整

6、波形的長(zhǎng)度波形的長(zhǎng)度.2OyAA-ux第10頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 周期周期 ：波前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離所需：波前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離所需要的時(shí)間要的時(shí)間.TT1TuTuu 頻率頻率 ：周期的倒數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)波：周期的倒數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)波動(dòng)所傳播的完整波的數(shù)目動(dòng)所傳播的完整波的數(shù)目. 波速波速 ：波動(dòng)過(guò)程中，某一振動(dòng)狀態(tài)（即：波動(dòng)過(guò)程中，某一振動(dòng)狀態(tài)（即振動(dòng)相位）單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（相速）振動(dòng)相位）單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（相速）.u注意注意第11頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6波速波速 與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)， 為介質(zhì)的密度為介質(zhì)的密度.u如聲音的傳播速度如聲音的傳播速度sm4

7、000sm343空氣，常溫空氣，常溫左右，左右，混凝土混凝土Gu Eu Ku 橫橫 波波固體固體縱縱 波波液、氣體液、氣體 切變切變模量模量彈性彈性模模量量體積體積模量模量第12頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第13頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 簡(jiǎn)諧波：在均勻的、無(wú)吸收的介質(zhì)中，波源作簡(jiǎn)諧波：在均勻的、無(wú)吸收的介質(zhì)中，波源作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，在介質(zhì)中所形成的波。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，在介質(zhì)中所形成的波。 平面簡(jiǎn)諧波：波面為平面的簡(jiǎn)諧波。平面簡(jiǎn)諧波：波面為平面的簡(jiǎn)諧波。 波函數(shù)：介質(zhì)中任一質(zhì)點(diǎn)（坐標(biāo)為波函數(shù)：介質(zhì)中任一質(zhì)點(diǎn)（坐標(biāo)為 x）相對(duì)其）相對(duì)其平衡位置的位移（坐標(biāo)為平衡位置的位移（坐標(biāo)為 y）隨時(shí)間的變化

8、關(guān)系，）隨時(shí)間的變化關(guān)系，即稱為波函數(shù)。即稱為波函數(shù)。第14頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6),(txyy 各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的衡位置的位移位移波線上各質(zhì)點(diǎn)波線上各質(zhì)點(diǎn)平衡平衡位置位置第15頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 P點(diǎn)在任意時(shí)刻點(diǎn)在任意時(shí)刻t的振動(dòng)狀態(tài)與的振動(dòng)狀態(tài)與O點(diǎn)點(diǎn)t-x/u時(shí)的狀態(tài)相同時(shí)的狀態(tài)相同。 故故P點(diǎn)在任意時(shí)刻點(diǎn)在任意時(shí)刻t的振動(dòng)表達(dá)式同上式的振動(dòng)表達(dá)式同上式)cos(tAyOO點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（t時(shí)刻）：時(shí)刻）：O點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（t-x/u時(shí)刻）：時(shí)刻）：-uxtAycos第16頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6P為任意點(diǎn)，所以波動(dòng)表達(dá)式為

9、：為任意點(diǎn)，所以波動(dòng)表達(dá)式為： -uxtAycos 如果波沿如果波沿x軸的負(fù)方向傳播，則軸的負(fù)方向傳播，則P點(diǎn)的相位要比點(diǎn)的相位要比O點(diǎn)的點(diǎn)的相位超前相位超前t=x/u uxtAycos為為uxtAycos第17頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6-uxxtAy0cos)cos(tAyOO點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（t時(shí)刻）：時(shí)刻）：若波源在若波源在 xx0處，處， O點(diǎn)振動(dòng)傳到點(diǎn)振動(dòng)傳到P點(diǎn)的時(shí)間為點(diǎn)的時(shí)間為uxx0-P點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式（t時(shí)刻）：時(shí)刻）：t,x均為任意，故均為任意，故P點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式即為波動(dòng)表達(dá)式：點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式即為波動(dòng)表達(dá)式：-uxxtAy0cos第18頁(yè)/共103頁(yè)20

10、22-5-6若是下圖情況，波動(dòng)方程如何？若是下圖情況，波動(dòng)方程如何？xLu- - xx cos ()yAt Lxu- - -cos()PyAt PLxyu ox cos ()y At Lxu - -任意點(diǎn)比參考點(diǎn)晚振動(dòng)，任意點(diǎn)比參考點(diǎn)晚振動(dòng)，“ t ” 中中減去減去傳播時(shí)間；傳播時(shí)間；任意點(diǎn)比參考點(diǎn)早振動(dòng)，任意點(diǎn)比參考點(diǎn)早振動(dòng)，“ t ” 中中加上加上傳播時(shí)間。傳播時(shí)間。 cos ()yAt cos ()xLAtuu - - 已知已知P點(diǎn)的振動(dòng)方程為點(diǎn)的振動(dòng)方程為第19頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6-uxtAtxycos),(1)當(dāng)當(dāng) x = x 0 (常數(shù)常數(shù)) 時(shí)，時(shí)， -uxtAty0c

11、os)(-)(cos0uxtA表示表示x0處質(zhì)元的振動(dòng)表達(dá)式。處質(zhì)元的振動(dòng)表達(dá)式。(2) 當(dāng)當(dāng) t = t 0 (常數(shù)常數(shù)) 時(shí)，時(shí)，-uxtAxy0cos)(-)(cos0tuxA表示各質(zhì)元的位移分布函數(shù)。對(duì)應(yīng)函數(shù)曲線表示各質(zhì)元的位移分布函數(shù)。對(duì)應(yīng)函數(shù)曲線 波形圖波形圖第20頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6yxOx1x2u波形圖的分析：波形圖的分析：a.可表示振幅可表示振幅A，A波長(zhǎng)波長(zhǎng)；b.波形圖中波形圖中 x1 和和 x2 兩質(zhì)點(diǎn)的相位差兩質(zhì)點(diǎn)的相位差:-)(cos11uxtAyux11-)(cos22uxtAyux22-xux212-波程差波程差2x第21頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6y

12、xOx1x2uAutc.從某一時(shí)刻的波形圖，經(jīng)一段時(shí)間從某一時(shí)刻的波形圖，經(jīng)一段時(shí)間t后的波后的波形圖：將波形沿波速方向平移。形圖：將波形沿波速方向平移。 d.各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度的方向：各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度的方向：第22頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-61 平面余弦波動(dòng)方程還有其它形式平面余弦波動(dòng)方程還有其它形式由由cos ()xyAtu - - 還有以下形式：還有以下形式：cos2 ()txyAT - - cos2 ()xyAt - - 2cos()yAutx - - 2cos()yAxut - - -2T uT 注意注意: :第23頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6振動(dòng)曲線振動(dòng)曲線波形曲線波形曲線圖形圖

13、形研究研究對(duì)象對(duì)象物理物理意義意義特征特征某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間某質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間變化規(guī)律變化規(guī)律某時(shí)刻，波線上各質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻，波線上各質(zhì)點(diǎn)位移隨位置變化規(guī)律位移隨位置變化規(guī)律對(duì)確定質(zhì)點(diǎn)曲線形狀一定對(duì)確定質(zhì)點(diǎn)曲線形狀一定曲線形狀隨曲線形狀隨t 向前平移向前平移v由振動(dòng)曲線可知由振動(dòng)曲線可知某時(shí)刻某時(shí)刻方向參看下一時(shí)刻方向參看下一時(shí)刻初相初相周期周期T. 振幅振幅A 0由波形曲線可知由波形曲線可知該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)位移該時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)位移只有只有t=0時(shí)刻波形才能提供初相時(shí)刻波形才能提供初相波長(zhǎng)波長(zhǎng) , 振幅振幅A某質(zhì)點(diǎn)某質(zhì)點(diǎn) 方向參看前一質(zhì)點(diǎn)方向參看前一質(zhì)點(diǎn)vAyxPt0 vuoAytPt0Tvo第24頁(yè)/共10

14、3頁(yè)2022-5-6 已知已知t=0時(shí)的波形曲線為時(shí)的波形曲線為，波沿，波沿x方向傳方向傳播，經(jīng)播，經(jīng)t=1/2s后波形變?yōu)榍€后波形變?yōu)榍€。已知波的周期。已知波的周期T1s，試根據(jù)圖中繪出的條件求出波動(dòng)表達(dá)式，并，試根據(jù)圖中繪出的條件求出波動(dòng)表達(dá)式，并求求A點(diǎn)的振動(dòng)表達(dá)式。點(diǎn)的振動(dòng)表達(dá)式。(已知已知A=0.01m)解：由圖可知解：由圖可知m04. 0101sm02. 02101. 0-txxu波速：波速：s202. 004. 0uT2Ty(cm)x(cm)123456A原點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式：原點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式：)cos(tAyo第25頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-60cos0時(shí)，t2, 00v此時(shí)，2

15、)SI()2cos(01. 0tyo)(SI2)02. 0(cos01. 0-xty波動(dòng)表達(dá)式：波動(dòng)表達(dá)式：A點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式：點(diǎn)振動(dòng)表達(dá)式：2)02. 001. 0(cos01. 0-tyA(SI)cos01. 0t第26頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 一平面簡(jiǎn)諧波在介質(zhì)中以速度一平面簡(jiǎn)諧波在介質(zhì)中以速度 u = 20 m/s，沿，沿x軸的負(fù)向傳播。已知軸的負(fù)向傳播。已知A點(diǎn)的振動(dòng)方程為點(diǎn)的振動(dòng)方程為y = 3cos 4 t ，(1) 以以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)求波函數(shù)；點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)求波函數(shù)；(2) 以以距距A點(diǎn)點(diǎn)5m處的處的B為坐標(biāo)原點(diǎn)求波函數(shù)。為坐標(biāo)原點(diǎn)求波函數(shù)。y 解：解： A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)為坐標(biāo)

16、原點(diǎn))SI()20(4cos3xtyB點(diǎn)為原點(diǎn)點(diǎn)為原點(diǎn), 波源坐標(biāo)為波源坐標(biāo)為m50 x(SI)205(4cos3-xtyAxyBu第27頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6)(cos-uxtAy 1）波動(dòng)方程波動(dòng)方程2- 6-3 一平面簡(jiǎn)諧波沿一平面簡(jiǎn)諧波沿 O x 軸正方向傳播，軸正方向傳播， 已知振已知振幅幅 ， ， . 在在 時(shí)時(shí)坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位于平衡位置沿坐標(biāo)原點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位于平衡位置沿 O y 軸正方向運(yùn)動(dòng)軸正方向運(yùn)動(dòng) . 求求 0tm0 . 2m0 . 1As0 .2T0,0tyyv00 xt解解 寫(xiě)出波動(dòng)方程的標(biāo)準(zhǔn)式寫(xiě)出波動(dòng)方程的標(biāo)準(zhǔn)式y(tǒng)AO2)0 . 1(cosm)0 . 1 (-

17、xty第28頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-62）求求 波形圖波形圖.)(sin 0.1SIxs0.1t)2cos(m)0 .1 (xy-波形方程波形方程s0.1t2)m0 .1s0 .1(cosm)0 .1 (-xtyom/ym/x2.01.0-1.0 時(shí)刻波形圖時(shí)刻波形圖s0.1t第29頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-63） 處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律并做圖處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律并做圖 .m5 . 0 x)scos(m)0 . 1 (1-ty2)0 . 1(cosm)0 . 1 (-xty 處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程m5 . 0 x0m/y1.0-1.0s/t2.0Oy1234*1234處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)曲線處質(zhì)

18、點(diǎn)的振動(dòng)曲線m5 . 0 x1.0第30頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66-4 一平面簡(jiǎn)諧波以速度一平面簡(jiǎn)諧波以速度 沿直線傳播沿直線傳播,波線上點(diǎn)波線上點(diǎn) A 的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程 .s/m20utyA)s4cos()m103(12-1）以以 A 為坐標(biāo)原點(diǎn)，寫(xiě)出波動(dòng)方程為坐標(biāo)原點(diǎn)，寫(xiě)出波動(dòng)方程m10 uTm1032-As5 . 0T0)20(4cos)m103(2xty-)(4cos-uxtAyuABCD5m9mxo8m第31頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6ABABxx -21052-B)s4cos()m103(12-tyB)m10s5 . 0(2cos)m103(2-xty2）以以

19、B 為坐標(biāo)原點(diǎn)，寫(xiě)出波動(dòng)方程為坐標(biāo)原點(diǎn)，寫(xiě)出波動(dòng)方程uABCD5m9mxo8mtyA)s4cos()m103(12-第32頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-63）寫(xiě)出傳播方向上點(diǎn)寫(xiě)出傳播方向上點(diǎn)C、點(diǎn)點(diǎn)D 的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程uABCD5m9mxo8mtyA)s4cos()m103(12-點(diǎn)點(diǎn) C 的相位比點(diǎn)的相位比點(diǎn) A 超前超前2)s4cos()m103(12ACtyC-513)s4cos()m103(12-t點(diǎn)點(diǎn) D 的相位落后于點(diǎn)的相位落后于點(diǎn) A 59)s4cos()m103(12-tm102)s4cos()m103(12ADtyD-第33頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-64）分別求出

20、分別求出 BC ，CD 兩點(diǎn)間的相位差兩點(diǎn)間的相位差4 . 4102222-DCDCxxuABCD5m9mxo8mtyA)s4cos()m103(12-6 . 110822-CBCBxxm10第34頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 1）給出下列波函數(shù)所表示的波的給出下列波函數(shù)所表示的波的傳播方向傳播方向和和 點(diǎn)的初相位點(diǎn)的初相位.0 x)(2cosuxtAy-)(cosuxtAy- 2）平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)為平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)為 式中式中 為正常數(shù)，求波長(zhǎng)、波速、波傳播為正常數(shù)，求波長(zhǎng)、波速、波傳播方向上相距為方向上相距為 的兩點(diǎn)間的相位差的兩點(diǎn)間的相位差.)cos(CxBtAy-CBA,d)co

21、s(CxBtAy-)(2cosxTtAy-C2BT2CBTudCd2討討 論論),(向向x 軸軸正正向傳播向傳播),(向向x 軸軸負(fù)負(fù)向傳播向傳播第35頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 3 ） 如圖簡(jiǎn)諧波如圖簡(jiǎn)諧波以余弦函數(shù)表示，以余弦函數(shù)表示，求求 O、a、b、c 各各點(diǎn)振動(dòng)點(diǎn)振動(dòng)初相位初相位.)(-OyxuabcAA-t=T/4t =0o2a0b2-cOyAOyAOyAOyA第36頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第37頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 6.3.1 6.3.1 波動(dòng)能量的傳播波動(dòng)能量的傳播)(cosuxtAy-波動(dòng)表達(dá)式：波動(dòng)表達(dá)式：第38頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6xSVddx

22、Smdd2kd21dvmW )sin(uxtAty-vVuxtAWd)(sin21d222k-第39頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6VuxtAWWkd)(sin21dd222p-VuxtAWWWd)(sinddd222pk-第40頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 (1) 介質(zhì)元介質(zhì)元dV的總能量：的總能量：VuxtAdsin222-周期性變化周期性變化(2) 介質(zhì)元的動(dòng)能、勢(shì)能變化是同周期的，介質(zhì)元的動(dòng)能、勢(shì)能變化是同周期的， 且相等。且相等。(3) 機(jī)械能不守恒，因?yàn)椴皇枪铝Ⅲw系，機(jī)械能不守恒，因?yàn)椴皇枪铝Ⅲw系， 有能量傳播。有能量傳播。(4) 峰值處峰值處0pk EE平衡位置處平衡位置處max

23、pk, 0EEEy第41頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6：?jiǎn)挝惑w積中波的能量單位體積中波的能量)(sindd222uxtAVWw-tuxtATwTd)(sin12220-2221Aw 單位是 J m 機(jī)械波的能量與振幅的平方、頻率的平方機(jī)械波的能量與振幅的平方、頻率的平方以及介質(zhì)的密度成正比。以及介質(zhì)的密度成正比。第42頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第43頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 介質(zhì)中波傳播到的各點(diǎn)，都可以看作是發(fā)射子介質(zhì)中波傳播到的各點(diǎn)，都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波波面的波的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波波面的包跡決定了原波動(dòng)的新的波前。包跡決定了原波動(dòng)的新

24、的波前。子波波源子波波源波前波前子波子波第44頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第45頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6波在傳播的過(guò)程波在傳播的過(guò)程中遇到障礙物或小孔后中遇到障礙物或小孔后，能夠繞過(guò)障礙物的邊，能夠繞過(guò)障礙物的邊緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。緣繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。6.4.2 波的衍射波的衍射隔墻有耳隔墻有耳第46頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第47頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6任何一種波（聲波、光波等）都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象任何一種波（聲波、光波等）都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,衍射現(xiàn)象是波在傳播過(guò)程中所衍射現(xiàn)象是波在傳播過(guò)程中所獨(dú)具的特征之一。獨(dú)具的特征之一。 衍射現(xiàn)象是否顯著衍射現(xiàn)象是否顯著,決定于孔決定于孔(或縫

25、或縫)的寬度的寬度d和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)的比值的比值d/: d愈小或波長(zhǎng)愈小或波長(zhǎng)愈大愈大，則衍射現(xiàn)象愈顯著。，則衍射現(xiàn)象愈顯著。 第48頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6波的反射波的反射波的折射波的折射6.4.3 波的反射和折射波的反射和折射第49頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6惠更斯原理對(duì)波的反射和反射的解釋惠更斯原理對(duì)波的反射和反射的解釋第50頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6波的反射第51頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第52頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6波的折射第53頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6ncCAACvsinsin折射率：真空中的光速與介質(zhì)中的光速之比真空中，折射率n=1，在真空中的光速c最大。

26、第54頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.5 波的干涉波的干涉1. 波傳播的獨(dú)立性原理波傳播的獨(dú)立性原理 若干列波在傳播過(guò)程中若干列波在傳播過(guò)程中相遇，每列波仍將保持其相遇，每列波仍將保持其原有的振動(dòng)特性原有的振動(dòng)特性(頻率，頻率，波長(zhǎng)，振幅，振動(dòng)方向波長(zhǎng)，振幅，振動(dòng)方向)，不受其它波的影響。，不受其它波的影響。2. 波的疊加原理波的疊加原理 在相遇區(qū)域內(nèi)，任一質(zhì)元振動(dòng)的位移是各在相遇區(qū)域內(nèi)，任一質(zhì)元振動(dòng)的位移是各列波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)引起的位移的矢量和。列波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)引起的位移的矢量和。第55頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-61、干涉現(xiàn)象：、干涉現(xiàn)象： 兩列波在空間相遇兩列波在空間相遇(疊加疊

27、加)，在空間的某些地方振動(dòng)始，在空間的某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng)，而在空間的另一些終加強(qiáng)，而在空間的另一些地方振動(dòng)始終減弱或完全消地方振動(dòng)始終減弱或完全消失的現(xiàn)象。失的現(xiàn)象。2、相干條件：、相干條件： 兩列波的頻率相同，兩列波的頻率相同， 振動(dòng)方向相同，振動(dòng)方向相同， 有恒定的相位差。有恒定的相位差。3、相干波：、相干波： 能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的波。能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的波。第56頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-64、相干波的干涉加強(qiáng)和減弱條件、相干波的干涉加強(qiáng)和減弱條件S1S2P1r2r波源振動(dòng)方程：波源振動(dòng)方程：)cos(:110101tAyS)cos(:220202tAyS由波動(dòng)方程可得由波動(dòng)方程可得P點(diǎn)的分

28、振動(dòng)：點(diǎn)的分振動(dòng)：)2cos(1111rtAy-)2cos(2222rtAy-)cos(tAy第57頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6在在P點(diǎn)的相位差：點(diǎn)的相位差：)(21212rr -合振幅合振幅:cos2212221AAAAA故故)(21212rr -=2k干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)) 12(k干涉減弱干涉減弱, 2, 1, 0k若初相位相等若初相位相等21令令12rr -波程差波程差則則2=2k干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)) 12(k干涉減弱干涉減弱從而從而=22kk干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)2) 12(k干涉減弱干涉減弱S1S2P1r2r第58頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6AB為兩個(gè)相干波源，振幅均為為兩個(gè)相干波源，振幅

29、均為5cm，頻率為，頻率為100Hz，波速為，波速為10m/s。A點(diǎn)為點(diǎn)為波峰時(shí)，波峰時(shí)，B點(diǎn)恰為波谷，試確定兩列波在點(diǎn)恰為波谷，試確定兩列波在P點(diǎn)干涉的結(jié)果。點(diǎn)干涉的結(jié)果。15mABP20m解：解：依題意依題意0ABm25m152022BPm1 . 0u設(shè)設(shè)APBPAB-21 . 015252-199-的奇數(shù)倍，的奇數(shù)倍，干涉為零，干涉為零，P點(diǎn)靜止。點(diǎn)靜止。第59頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6兩相干波源兩相干波源S1和和S2的間距為的間距為d = 30m，且都在，且都在x 軸上，軸上，S1位于原點(diǎn)位于原點(diǎn)O。設(shè)由兩波。設(shè)由兩波源分別發(fā)出兩列平面波沿源分別發(fā)出兩列平面波沿x 軸傳播，強(qiáng)度保持

30、不變。軸傳播，強(qiáng)度保持不變。x1 =9m和和 x2=12m處的兩點(diǎn)是相鄰的處的兩點(diǎn)是相鄰的兩個(gè)因干涉而靜止的點(diǎn)。求兩波長(zhǎng)和兩波源間最小相位差。兩個(gè)因干涉而靜止的點(diǎn)。求兩波長(zhǎng)和兩波源間最小相位差。OS1S2x1x2x解：解：設(shè)設(shè)S1和和S2的振動(dòng)相位分別為的振動(dòng)相位分別為12依題意依題意 x1點(diǎn)的振動(dòng)相位差：點(diǎn)的振動(dòng)相位差：)(212xd -211x-) 12(k- (1)第60頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6x2點(diǎn)的振動(dòng)相位差：點(diǎn)的振動(dòng)相位差：)(222xd -221x-)32(k- (2)(2)-(1)2)(412- xxm6)912(2)(212-xx由由(1)式式)2(2) 12(112x

31、dk-) 52(k當(dāng)當(dāng)k = -2，-3時(shí)位相差最小，故時(shí)位相差最小，故12-第61頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第62頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.6.1 駐波的形成：駐波的形成： 兩列振幅相同的相干兩列振幅相同的相干波沿相反方向傳播時(shí)疊波沿相反方向傳播時(shí)疊加而成的波稱為加而成的波稱為駐波駐波。駐波是波的一種干涉現(xiàn)駐波是波的一種干涉現(xiàn)象。象。 第63頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.6.2 駐波方程駐波方程適當(dāng)選擇計(jì)時(shí)起點(diǎn)和原點(diǎn)，使原點(diǎn)處適當(dāng)選擇計(jì)時(shí)起點(diǎn)和原點(diǎn)，使原點(diǎn)處021, )(2cos1xTtAy-)(2cos2xTtAy21yyy)(2cos)(2cosxTtAxTtA-tTxA

32、y2cos2cos2第64頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6tTxAy2cos2cos2分析：分析： 1 1、xA2cos2為坐標(biāo)為為坐標(biāo)為x質(zhì)點(diǎn)的振幅質(zhì)點(diǎn)的振幅,參與波動(dòng)的每個(gè)點(diǎn)振幅恒定參與波動(dòng)的每個(gè)點(diǎn)振幅恒定; 不同的點(diǎn)振幅不同。不同的點(diǎn)振幅不同。波腹：波腹：2A處坐標(biāo)處坐標(biāo)2kx波幅間距波幅間距21-kkxx波節(jié)波節(jié)0處坐標(biāo)處坐標(biāo)4)12(kx波節(jié)間距波節(jié)間距21-kkxx第65頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-62.駐波中各點(diǎn)的相位：駐波中各點(diǎn)的相位： 兩相鄰波節(jié)之間的各點(diǎn)振動(dòng)相位相同，兩相鄰波節(jié)之間的各點(diǎn)振動(dòng)相位相同，在一個(gè)波節(jié)的兩側(cè)在一個(gè)波節(jié)的兩側(cè)(相鄰兩段相鄰兩段)的各振動(dòng)點(diǎn)的各振動(dòng)點(diǎn)反相

33、位反相位。x波節(jié)波節(jié)21) 沒(méi)有波形的推進(jìn)，也沒(méi)有能量的傳播，參與波動(dòng)的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)處于穩(wěn)定的振動(dòng)沒(méi)有波形的推進(jìn)，也沒(méi)有能量的傳播，參與波動(dòng)的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)處于穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)。2) 各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅各不相同，但卻保持不變，有些點(diǎn)振幅始終最大，有些點(diǎn)各振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振幅各不相同，但卻保持不變，有些點(diǎn)振幅始終最大，有些點(diǎn)振幅始終為零。振幅始終為零。波腹波腹3. 駐波的波形特點(diǎn)：駐波的波形特點(diǎn)：第66頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6在弦線上有一簡(jiǎn)諧波，其表達(dá)式為：在弦線上有一簡(jiǎn)諧波，其表達(dá)式為：(SI)3)2002. 0(2cos100 . 221-xty為了在此弦線上形成駐波，并且在為了在此弦線上形成駐波，

34、并且在x = 0處為一波節(jié)，處為一波節(jié)，此弦上還應(yīng)有一簡(jiǎn)諧波，求其表達(dá)式。此弦上還應(yīng)有一簡(jiǎn)諧波，求其表達(dá)式。解：解：依題意設(shè)依題意設(shè)反向波為反向波為)2002. 0(2cos100 . 222-xty21yyy)302. 04(21cos)3204(21cos2-txA因?yàn)橐驗(yàn)閤 = 0處為波節(jié)，處為波節(jié)，2)3(21-34)SI(34)2002. 0(2cos100 . 222-xty第67頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.6.3 6.6.3 駐波的能量駐波的能量ABC波波節(jié)節(jié)波波腹腹xx2k)(dtyW2p)(dxyW位移最大時(shí)位移最大時(shí)平衡位置時(shí)平衡位置時(shí) 駐波的能量在相鄰的波腹和波節(jié)間

35、往復(fù)變化，在相駐波的能量在相鄰的波腹和波節(jié)間往復(fù)變化，在相鄰的波節(jié)間發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能間的轉(zhuǎn)換，動(dòng)能主要集中在鄰的波節(jié)間發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能間的轉(zhuǎn)換，動(dòng)能主要集中在波腹，勢(shì)能主要集中在波節(jié)，但無(wú)能量的定向傳播波腹，勢(shì)能主要集中在波節(jié)，但無(wú)能量的定向傳播. .第68頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6駐波與行波的區(qū)別駐波與行波的區(qū)別第69頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-61. 入射波與反射波產(chǎn)生駐波入射波與反射波產(chǎn)生駐波振源振源固定端反射軟繩自由端反射當(dāng)形成駐波時(shí)總是出現(xiàn)波腹總是出現(xiàn)波腹總是出現(xiàn)波節(jié)總是出現(xiàn)波節(jié)6.6.4 半波損失半波損失第70頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-62.半波損失半波損失波密介質(zhì)：密度波密介質(zhì)

36、：密度 與波速與波速u(mài)的乘積的乘積 u較大的介質(zhì)。較大的介質(zhì)。波疏介質(zhì)：波疏介質(zhì)： 密度密度 與波速與波速u(mài)的乘積的乘積 u較小的介質(zhì)。較小的介質(zhì)。入射入射波波駐波反射波反射波波密介質(zhì)波密介質(zhì)波疏介質(zhì)波疏介質(zhì)xyO2 由波疏介質(zhì)入射在波密介質(zhì)界面上反射，在界面處，反射波的振動(dòng)相位總是與由波疏介質(zhì)入射在波密介質(zhì)界面上反射，在界面處，反射波的振動(dòng)相位總是與入射波的振動(dòng)相位相反，即差了入射波的振動(dòng)相位相反，即差了 ; 形成駐波時(shí)，總是出現(xiàn)波節(jié)。相位差了形成駐波時(shí)，總是出現(xiàn)波節(jié)。相位差了，相當(dāng)于波程差了相當(dāng)于波程差了,2稱為稱為“半波損失半波損失”。第71頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.6.5 振動(dòng)

37、的簡(jiǎn)正模式振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式駐波條件2nnL本征頻率本征頻率, 3 , 2 , 1nLunn2弦長(zhǎng)弦長(zhǎng)L1. 兩端兩端固定固定的弦線形成的弦線形成駐駐波波第72頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6Tu 波速波速T 為弦線張力為弦線張力 為弦線的線密度為弦線的線密度2. 2. 一端一端固定固定一端一端自由自由的弦的弦線形成線形成駐駐波波,2, 1,2)21(-nnLn41L432L453LLununn4) 12(-第73頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6, 2 , 12nnln 兩端固定的弦兩端固定的弦振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式 一端固定一端自由一端固定一端自由 的弦振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式的弦振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式, 2

38、, 12)21(-nnln21l222l233l41l432l453l第74頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6魚(yú)洗第75頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6鼓皮上的二維駐波鼓皮上的二維駐波( (圖為幾種簡(jiǎn)正模式圖為幾種簡(jiǎn)正模式) )第76頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6（3951赫茲） （1262赫茲） （699赫茲） 第77頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6第78頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 觀察者觀察者RS波源波源uSuRuR 波源或觀察者或它們二者波源或觀察者或它們二者相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者感覺(jué)到的頻率和波源的真實(shí)感覺(jué)到的頻率和波源的真實(shí)頻率并不相等，這一現(xiàn)象稱頻率并不相等，

39、這一現(xiàn)象稱為為多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)觀察者觀察者相對(duì)于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速速度度， 接近于波源為正，反之接近于波源為正，反之為負(fù)。為負(fù)。uR:波波的的傳播傳播速度速度，接近觀察者為，接近觀察者為正，反之為負(fù)。正，反之為負(fù)。u :第79頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6sWRutut 波源靜止波源靜止觀察者靜止觀察者靜止uS :波源波源相對(duì)于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度速度， 接近于觀察者為正，反之為負(fù)。接近于觀察者為正，反之為負(fù)。 R:觀察者接受到的頻率觀察者接受到的頻率 取決于觀察者取決于觀察者 在單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波形的數(shù)目在單位時(shí)間內(nèi)接收到完整波形的數(shù)目觀察者觀察者RS波源波源uS

40、uRuRS: 波源的頻率波源的頻率波源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的完全波的數(shù)量波源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的完全波的數(shù)量w :波的頻率波的頻率單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)介質(zhì)中某點(diǎn)的完全波的數(shù)量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)介質(zhì)中某點(diǎn)的完全波的數(shù)量第80頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.7.1 波源靜止，觀察者以速度波源靜止，觀察者以速度 uR 相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)SOuR0SRuuu(1) 觀察者接近波源觀察者接近波源0Ru觀察者觀察者 t 時(shí)間內(nèi)接受到的波數(shù)為時(shí)間內(nèi)接受到的波數(shù)為：RRuu WRuuuWRuuusRRuuu(2) 觀察者離開(kāi)波源觀察者離開(kāi)波源 0RuRRuu -sRuuu-sRRuuu第81頁(yè)/共103頁(yè)2022

41、-5-6SO 在每個(gè)周期中，波源移近觀察者的在每個(gè)周期中，波源移近觀察者的 距離為距離為T(mén)Su,即每個(gè)波長(zhǎng)縮短了即每個(gè)波長(zhǎng)縮短了TSusSTu-sSTuu1v-sSRuuv- 頻率變高頻率變高6.7.2 觀察者靜止，波源以速度觀察者靜止，波源以速度 uS相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)0RSuuu(1) 波源接近觀察者波源接近觀察者0SusSTuyysSsTuTu-uWR第82頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6(2) 波源離開(kāi)觀察者波源離開(kāi)觀察者0SuSO 在每個(gè)周期中，波源離開(kāi)觀察者的在每個(gè)周期中，波源離開(kāi)觀察者的距離為距離為,sSTu即每個(gè)波長(zhǎng)增加了即每個(gè)波長(zhǎng)增加了sSTusSsSTTuuTusuuR

42、ssTuuu1sSRuuuu 頻率變低頻率變低ssRuuu-sSTuyy第83頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6結(jié)論：結(jié)論：波源與觀察者相互接近時(shí)，感覺(jué)到的頻率較高，波源與觀察者相互接近時(shí)，感覺(jué)到的頻率較高，反之波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，感覺(jué)到的頻率較低。反之波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時(shí)，感覺(jué)到的頻率較低。sSRRuuu-u6.7.3 波源以波源以u(píng)S 運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)者以運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)者以u(píng)R運(yùn)動(dòng)（相向?yàn)檎┻\(yùn)動(dòng)（相向?yàn)檎┯捎诓ㄔ吹倪\(yùn)動(dòng)，介質(zhì)中波的頻率由于波源的運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)中波的頻率sSWuuv-由于觀察者的運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的頻率與波的頻由于觀察者的運(yùn)動(dòng)，觀察者接收到的頻率與波的頻率之間的關(guān)系率之間的關(guān)系WRR

43、uuu觀察者接收到的頻率觀察者接收到的頻率第84頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 當(dāng)波源速度大于波的速度時(shí)，當(dāng)波源速度大于波的速度時(shí)，波源比波前進(jìn)得快，波的前面不波源比波前進(jìn)得快，波的前面不可能形成波動(dòng)，在各個(gè)時(shí)刻波源可能形成波動(dòng)，在各個(gè)時(shí)刻波源發(fā)出的波到達(dá)的波前的包絡(luò)面呈發(fā)出的波到達(dá)的波前的包絡(luò)面呈現(xiàn)出一個(gè)以波源為頂點(diǎn)的圓錐面現(xiàn)出一個(gè)以波源為頂點(diǎn)的圓錐面，這種波叫，這種波叫，也叫，也叫，此錐面叫，此錐面叫。utvStMututSS1sinvvM 為為如核爆炸、超音速飛行等如核爆炸、超音速飛行等第85頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6( (5) )衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等. .( (1) )交通

44、上測(cè)量車(chē)速；交通上測(cè)量車(chē)速；( (2) )醫(yī)學(xué)上用于測(cè)量血流速度；醫(yī)學(xué)上用于測(cè)量血流速度；( (3) )天文學(xué)家利用電磁波紅移天文學(xué)家利用電磁波紅移 說(shuō)明大爆炸理論；說(shuō)明大爆炸理論；( (4) )用于貴重物品、機(jī)密室的用于貴重物品、機(jī)密室的 防盜系統(tǒng)；防盜系統(tǒng)；多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)的應(yīng)用聲爆聲爆(音障音障)舷波舷波第86頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6超音速子彈超音速子彈第87頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6火車(chē)以火車(chē)以20m/s的速度行駛，若機(jī)車(chē)汽笛的頻率為的速度行駛，若機(jī)車(chē)汽笛的頻率為500Hz，問(wèn)：，問(wèn)：(1)一靜止觀察者一靜止觀察者在機(jī)車(chē)前和機(jī)車(chē)后所聽(tīng)到的聲音頻率各為多少？在機(jī)車(chē)前和

45、機(jī)車(chē)后所聽(tīng)到的聲音頻率各為多少？(2)設(shè)另有一列火車(chē)上有乘客，當(dāng)該列設(shè)另有一列火車(chē)上有乘客，當(dāng)該列火車(chē)以火車(chē)以10m/s的速度駛近或駛離第一列火車(chē)，乘客聽(tīng)到的聲音頻率各為多少？的速度駛近或駛離第一列火車(chē)，乘客聽(tīng)到的聲音頻率各為多少？(已知空已知空氣中聲波的速率為氣中聲波的速率為340m/s）解：解：Hz531Hz20340500340-Suuu前Hz472Hz20340500340Suuu后Hz547Hz50020340103400-Suuuu近Hz458Hz50020340103400-Suuuu遠(yuǎn)第88頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6 例例: 利用多普勒效應(yīng)監(jiān)測(cè)車(chē)速，固定波源發(fā)出頻率利用多普

46、勒效應(yīng)監(jiān)測(cè)車(chē)速，固定波源發(fā)出頻率為為 的超聲波，當(dāng)汽車(chē)向波源行駛時(shí)，與波源的超聲波，當(dāng)汽車(chē)向波源行駛時(shí)，與波源安裝在一起的接收器接收到從汽車(chē)反射回來(lái)的波的頻率安裝在一起的接收器接收到從汽車(chē)反射回來(lái)的波的頻率為為 .已知空氣中的聲速已知空氣中的聲速 ，求求車(chē)速車(chē)速. kHz100kHz1101sm330-u0u解解 ( (1) )車(chē)為接收器車(chē)為接收器( (2) )車(chē)為波源車(chē)為波源(3)(3)車(chē)速車(chē)速u(mài)u0v0u-uu00vv-uu10hkm8 .56-uv第89頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6聲波超聲波次聲波聲波超聲波次聲波6.8.1 音量、音調(diào)和音色音量、音調(diào)和音色1.音量音量(聲強(qiáng)聲強(qiáng))（in

47、tensity of sound） ，描述聲音的大小描述聲音的大小瓦米 2 ( W m 2 )單位：聲波的平均能流密度平均能流密度在最佳音頻(約 1000 4000 Hz)條件下弱到剛能聽(tīng)聞強(qiáng)到失去聽(tīng)覺(jué)只有痛覺(jué)稱標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng) 10 - -12100(痛閾)(聞閾)( W m 2 )10 - - 6聽(tīng)覺(jué) 強(qiáng)度范圍的物理量，的物理量，第90頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6聽(tīng)覺(jué) 強(qiáng)度范圍甚寬，實(shí)用上需要以更方便的單位來(lái)表示。聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)人對(duì)聲強(qiáng)的主觀感覺(jué)即響度單位: (dB)貝(B)10分貝(dB)其中其中1貝貝(B) =10分貝分貝(dB),2.音調(diào)音調(diào) 取決于聲波的基頻音調(diào)高表示聲音比較尖銳，取決于聲

48、波的基頻音調(diào)高表示聲音比較尖銳，基頻基頻:頻率最低的那一個(gè)分振動(dòng)的頻率頻率最低的那一個(gè)分振動(dòng)的頻率音調(diào)低則表示聲音比較低沉音調(diào)低則表示聲音比較低沉諧頻諧頻（或（或泛頻泛頻):振動(dòng)頻率都是基頻的整數(shù)倍振動(dòng)頻率都是基頻的整數(shù)倍音色音色取決于聲波的諧頻取決于聲波的諧頻第91頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6聞閾 10 - -12 0痛閾 1 120傷害人體 10 130正常呼吸 10 - -11 10悄悄話 10 - -10 20搖滾樂(lè) 0.3 115電動(dòng)切草機(jī) 10 - - 2 100重型卡車(chē) 10 - - 3 90大聲喊叫 10 - - 4 80室內(nèi)正常談話 310 - - 6 65聲 音 聲 強(qiáng)

49、( W m 2 ) 聲強(qiáng)級(jí) (dB)幾 種 聲 音 的 聲 強(qiáng) 及 聲 強(qiáng) 級(jí) 數(shù)10分貝(dB)，10聲強(qiáng)上的 倍相當(dāng)于聲強(qiáng)級(jí)的 分貝第92頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-66.8.2 聲壓聲壓介質(zhì)中有聲波傳播時(shí)的壓強(qiáng)與無(wú)聲波時(shí)的靜壓介質(zhì)中有聲波傳播時(shí)的壓強(qiáng)與無(wú)聲波時(shí)的靜壓強(qiáng)之間有一差值，這一差值叫聲壓聲壓是由強(qiáng)之間有一差值，這一差值叫聲壓聲壓是由于聲波而引起的附加壓強(qiáng)于聲波而引起的附加壓強(qiáng)聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系1.聲壓聲壓 p第93頁(yè)/共103頁(yè)2022-5-6噪聲有兩種意義：噪聲有兩種意義：(1) 物理上指不規(guī)則的、間歇的或隨機(jī) 的聲振動(dòng)。 噪聲是由不同頻率、不同振幅的聲音無(wú)規(guī)則地組合在一起而出現(xiàn)的。廣義上噪聲是由不同頻率、不同振幅的聲音無(wú)規(guī)則地組合在一起而出現(xiàn)的。廣義上說(shuō)，任何不需要的聲音都屬噪聲；狹義上說(shuō)，噪聲是指大于說(shuō)，任何不需要的聲音都屬噪聲；狹義上說(shuō)，噪聲是指大于 90dB 以上，對(duì)人的以上，對(duì)人的工作、健康有影響的聲音。工作、健康有影響的聲音。 強(qiáng)烈的噪聲強(qiáng)烈的噪聲(160dB以上以上)不僅可損壞建筑物，而且還會(huì)使發(fā)聲體本身因疲勞而受不僅可損壞建筑物，而且還會(huì)使發(fā)聲體本身因疲勞而受到破壞。到破壞。 噪聲污染問(wèn)題