机械波精品PPT课件

震源：是地球内发生地震的地方。
震源深度：震源垂直向上到地表 的距离是震源深度。我们把地震 发生在60公里以内的称为浅源地 震；60－300公里为中源地震； 300公里以上为深源地震。目前有 记录的最深震源达720公里。
地震波主要包含纵波和横波。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。 来自地下的横波能引起地面的水平晃动。横波是地震时造成建筑物破坏的 主要原因。
(3) 波动曲线与振动曲线不同。
y
yu
o t
振动曲线
o
x
波动曲线
振动的图像
波的图象
研究对象 研究内容
一个振动质点
质点在振动过程中，位移随时间 而变化的规律
波的传播方向上所有的振动质 点
某一时刻连续介质中各质点相 对于平衡位置的位移规律
图象
坐标含义 物理意义
图线的 变化
（t、x）表示t时刻的位移是x
(3) 横波使介质产生切变，只有能承受切变的物体（固体）才能传 递横波。横波仅在固体中传播！
它既不是纵波，也不是横波。
水
它是因重力以及表面张力的作用， 面
在水表面上传播的波。
波
(4) 纵波在介质中引起长变或体变，所有物质都能承受长变和体变 （固、液、气体）。在固体中纵波、横波均可传递，但两种波 速各不相同。
｛ 条件
波源：作机械振动的物体 弹性介质：承担传播振动的物质
二、横波和纵波
横波： 介质质点的振动方向与波传播方向相互垂直的波；如 柔绳上传播的波。
纵波：介质质点的振动方向和波传播方向相互平行的波；如空 气中传播的声波。
横波 (transverse wave) 波的传播方向
特点：具有波峰和波谷 ⊥ 质点的振动方向
(2) 固体媒质中传播的横波波速由下式给出：
G ut
G — 固体的切变弹性模量 — 固体密度
(3) 液体和气体只能传播纵波，其波速由下式给出：
B ul
B — 流体的容变弹性模量 — 流体的密度
(4) 弦线中的横波波速：
T ut
T — 绳子或弦线中的张力
— 质量线密度
(5) 稀薄大气中的纵波波速为：
RT p
ul
M
— 气体摩尔热容比
M — 气体摩尔质量 R — 气体摩尔常数
例：若声波在空气中的传播为绝热过程，由于空气的 1.4，
描述的是某一质点在各个时刻偏 离平衡位置的位移 研究质点振动的时间起点（零 时刻）不同，图线的起始点不 同
(x、y)表示x处质点某时刻的 偏离平衡位置的位移为y
描述的是某一时刻各个质点偏 离平衡位置的位移
为瞬时图象，时刻选择不同， 图象会变化，但变化中有规律
2、波传播的特点
(1) 点波源完成一个周期的振动，就有一个完整的波形发送出去。 (2) 沿着波的传播方向向前看去，前面各质元都要重复波源的振动 (3) 状态，振动相位也相继落后于波源的相位。
t T 2
12
3
Hale Waihona Puke 45 678 9 10 11 12 13
振动状态 传至7
t 3T
振动状态
4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 传至10
t T
12 3 4 5 67
振动状态 8 9 10 11 12 13 传至13
结论 (1) 波动中各质点并不随波前进；
(2) 各个质点的相位依次落后，波动是相位的传播；
三、波长 周期 频率和波速
波长（ ） : 同一波线上相邻两个相位差为 2 的质点之间的
距离；即波源作一次完全振动，波前进的距离。 波长反映了波的空间周期性。
周期T（ ）: 波前进一个波长距离所需的时间。周期表征了波
的时间周期性。
频率（ ） : 单位时间内，波前进距离中完整波的数目。频率
与周期的关系为：
(3) 波速与振动速度的区别：波速是指振动形式传播的速 度，质点振动的速度由波动方程对时间求偏导数计算。
u波 T
v振tyAsi n(tu x)
*附：波速与介质的关系
波速决定于介质的力学性质：弹性和惯性(介质的弹性模量和密度)。
(1) 固体媒质中传播的纵波波速为：
ul
Y
Y — 固体棒的杨氏模量 — 固体棒的密度
由于纵波在地球内部传播速度(5.5-7km/s)大于横波(3.2-4km/s)，所以地 震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的近震 时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒 到十几秒后才感到有很强的水平晃 动。这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破 坏的横波马上要到了，快点作出防备。
第6章 机械波
波动 (Wave) 振动的传播过程叫波动，波动也是一种运动形式。 波动有机械波，电磁波，物质波。
波动具有的显著特点 具有时间和空间上的某种重复性。
各种形式波具有的共性 (1) 伴随着能量的传播； (2) 有类似的波动方程； (3) 能产生反射、折射、干涉、衍射等波动现象；
第6章 机械波
应变：(相对形变)
长应变：单位长度的伸长量 l
l
体应变：单位体积的变化量 V
V
x
d
切应变：垂直于底面的直线所转的角 x tan
d
1、波的形成过程（以横波为例）
t 0
12 3 4 5 67
8 9 10 11 12 13
静止
t T
振动状态
4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 传至4
1 T
波速u（ ）: 振动状态在介质中的传播速度。波速与波长、周
期和频率的关系为： u
T
说明
(1) 波的周期和频率与介质的性质无关；一般情况下，与 波源振动的周期和频率相同。
(2) 波速实质上是相位传播的速度，故称为相速度；其大 小主要决定于介质的力学性质：弹性和惯性；与波源 及波的频率无关。
本章内容：
§6.1 机械波的产生与传播 §6.2 平面简谐波 §6.3 波的能量 §6.4 惠更斯原理 波的干涉 §6.5 驻波 §6.6 多普勒效应
§6.1 机械波 (Mechanical Wave)
一、 机械波产生的条件
机械波: 机械振动以一定速度在弹性介质中由近及远地传播出 去，就形成机械波。
纵波 (longitudinal wave)
特点：具有疏密相间的区域
波的传播方向
∥ 质点振动方向
振动方向和波的传播方向是平行还是垂直，与介质本身的性 质有关，即与介质本身的弹性（抵抗形变的能力）有关。
形变: 一切物体在外力的作用下，所发生的形状大小的 改变。
弹性形变: 若形变不超过一定限度，外力撤去后，物体能完 全恢复原状，就称为弹性形变。