1、機械波的產生和傳播演示文稿第一頁，共三十三頁。優選機械波的產生和傳播第二頁，共三十三頁。 當波在介質中傳播時，介質中的質元并不隨波逐流，它們僅在平衡位置附近振動。波是與振動密切關聯的。 例如由南太平洋風暴在海面產生的長波，以每小時 60km 或更高的速度傳來（比風速更快，因而有經驗的漁民根據長波的出現判斷風暴將至，趕快尋找避風港）。 但這并不意味著海洋本身以如此壯觀的方式整體移動過來！ 潮汐與此不同，它是海洋整體運動形成的。 第三頁，共三十三頁。傳播開去的只是振動狀態。這就是波的職能。 在波動過程中，水分子并沒有向遠處移動。 因此當我們描寫與波相聯系的運動時，必須區分出運動的兩個方面:a. 波

2、在介質中的傳播；b. 介質中粒子的運動。第四頁，共三十三頁。二、波動的特征 波動具有一定的傳播速度，并伴隨著能量的輸運。 可入性指在空間同一區域可同時經歷兩個或兩個以上的波，因而波可以疊加。干涉和衍射是波所特有的現象，觀察干涉、衍射現象是鑒別波動過程最有力的手段。 波動具有可入性和可疊加性。 固定空間一點來看，此處的振動具有時間周期性；而固定一個時刻來看，空間各點的振動分布又具有空間周期性。 波動具有時間和空間周期性。第五頁，共三十三頁。三、多種多樣的波按物理性質分：機械波、電磁波、物質波等。對機械波按頻率分：次聲波、聲波、超聲波根據次聲波能量可測出爆炸的當量級。次聲波可在地表傳播很遠距離。次

3、聲武器。一般只傷害人員，不會造成環境污染 地震、火山爆發、核爆炸等都會產生強烈次聲波。次聲波頻率低于20Hz的聲波，傳播遠，穿透力強第六頁，共三十三頁。超聲波無損檢測探頭工件TBTB探頭工件TBTB缺陷 超聲波的特點是頻率高、波長短，衍射不嚴重，因而具有良好的定向傳播特性。其穿透本領很強。第七頁，共三十三頁。 胎兒的超聲波影象第八頁，共三十三頁。 聲納第九頁，共三十三頁。第十頁，共三十三頁。質元振動方向與波的傳播方向相互垂直的波橫波:按波的傳播方向和振動方向間的關系分：第十一頁，共三十三頁。縱波：質元振動方向與波傳播方向相互平行的波 空氣（或任何流體）中的聲波是一種縱波。有些波既有橫波分量同時

4、也具有縱波分量。混合波：例如水面波、地震波等 第十二頁，共三十三頁。按照傳播的空間維數分：一維波（沿弦線）、二維波（表面波）和三維波；按波源擾動的方式分：脈沖波、持續波；按波傳播過程中波面形狀分：平面波、球面波、柱面波等。第十三頁，共三十三頁。 盡管各種類型波的性質不同，但它們有相似的波動微分方程和波函數，且都具有波動特有的現象，如折射、反射、干涉和衍射等。 量子論揭示，波動不僅存在于宏觀世界，甚至于單個的電子、質子、中子等微觀粒子，它們也具有波的性質，稱之為物質波。不過，物質波與宏觀世界中的波有完全不同的本質。第十四頁，共三十三頁。四、波場、波線和波面 波場波傳播的空間區域波陣面波場中某時刻

5、振動相位相同的點構成的曲面波前某時刻波源最初的振動狀態傳到的波面波線（波射線）代表波傳播方向的射線各向同性均勻介質中，波線恒與波面垂直。沿波線方向各質點的振動相位依次落后。第十五頁，共三十三頁。波線波面波面波線平面波球面波波面波線波線波面第十六頁，共三十三頁。 在均勻、無吸收的介質中，當波源作簡諧振動時形成的波即為簡諧波。 簡諧波是一種最簡單、最基本的波，任何復雜的波都可以看成若干個簡諧波疊加而成。 簡諧波是一種理想化的模型。嚴格的簡諧波是無法實現的。平面簡諧波：波陣面是平面的簡諧波球面簡諧波：波陣面是球面。五、簡諧波(simple harmonic wave) 第十七頁，共三十三頁。 在宏觀

6、上，可將氣體、液體或固體當作連續體，其體內各個相鄰的質元間以彈性力維系著。形成機械波要具備兩個條件：波源、彈性介質。光波（電磁波）可以在真空中傳播。 一、機械波產生的條件11-2 機械波的產生和傳播 當任一質元在外界作用下偏離平衡位置時，鄰近質元對其作用的彈性回復力就會使它發生振動；同時這些鄰近質元又受到該質元及其它鄰近質元的彈性力作用，也會振動起來。第十八頁，共三十三頁。 于是振動相互耦合，由近及遠、由此及彼地傳播開去，形成機械波。機械波向外傳播的是波源（及各質點）的振動狀態和能量。第十九頁，共三十三頁。 波動是振動狀態的傳遞，擔負機械振動狀態傳遞職能的是彈性介質，即彈性體。楊氏模量 Y 切

7、變模量 G 容變模量 B Y、G、B都由介質本身的性質決定，一般由實驗測定。描述彈性性質的物理量是彈性模量。二、彈性介質第二十頁，共三十三頁。*物體的彈性形變 物體在一定限度的外力作用下形狀和體積發生改變，當外力撤去后，物體的形狀和體積能完全恢復原狀的形變。長變稱為應變或脅變第二十一頁，共三十三頁。在彈性限度范圍內，應力與應變成正比 切變相對面發生相對滑移切變的應變或脅變Y 稱為楊氏模量第二十二頁，共三十三頁。在彈性限度范圍內，應力與應變成正比 容變在彈性限度范圍內，壓強的改變與容變應變的大小成正比。容變的應變第二十三頁，共三十三頁。 如果波動中使介質各部分振動的回復力是彈性力，則稱為彈性波。

8、 彈性力：正彈性力(壓、張彈性力) 切彈性力； 由于液體和氣體彈性介質中不會發生切變，因而沒有切彈性力，所以橫波不能在液體或氣體中傳播。而固體介質則能發生切變，產生切彈性力，所以橫波可以在固體介質中傳播。 彈性介質都可產生容變，所以縱波可以在固體、液體、氣體中傳播。第二十四頁，共三十三頁。 探測地球內部的構造，最重要的方法是利用地震波（當代最深的鉆孔也只有 10 km 的量級）。 在短暫的作用下，地球介質可以看成彈性體。當地內發生任何擾動時，例如地震或人工爆破，一部分能量以彈性波的形式傳播出去。人工地震波 探測地球內部的構造P波、S波P波震源表面波地幔內核 在 2900 km 的深度上，地震波

9、的縱波（P 波）速度陡然下降；橫波（S 波）消失。第二十五頁，共三十三頁。以這個間斷為界2900 km 以上叫地幔，2900 km 以下叫地核。第二十六頁，共三十三頁。 大約在 5000 km 之下，又有了一個可以傳播 S 波的故態內核，這是較晚才得到的新認識。 在地核的邊界上，可以產生 P 波和 S 波的反射，但只有 P 波可以繼續向地核內部折射。這表明：地核內部處于液態第二十七頁，共三十三頁。三、描述波傳播的幾個物理量波速振動狀態在媒質中傳播的速度，用u或c表示。（或波陣面在單位時間中越過的距離） 由于振動狀態由相位描述，所以波速可以說是相位在介質中的傳播速度，因此又稱為相速度。切記不要把

10、波速與質點的振動速度混淆起來！ 順著波傳播的方向看過去，介質質元的相位依次滯后。這就反映了振動的傳播需要時間。第二十八頁，共三十三頁。(固體) (液體、氣體) (弦線上的波速)波速僅取決于介質性質彈性性質、慣性性質 (固體) T 為弦中張力， 為弦的線密度第二十九頁，共三十三頁。波長沿波傳播方向兩相鄰同相質點之間的距離。波長可形象地想象為一個完整的“波”的長度；橫波波長：相鄰兩個波峰或波谷之間的距離縱波波長：相鄰兩個密部或疏部之間的距離xyo第三十頁，共三十三頁。周期反映了波的時間周期性，即每經過一個周期，媒質中各點的振動狀態重復一次。周期一個完整波通過波線上某點所需的時間，用 T 表示。（或波傳播的距離所用的時間 ）波在單位時間傳播的距離內所包含的完整波的數目。頻率 波長反映了波的空間周期性，即每經過一個波長，媒質中各點的振動狀態重復一次。第三十一頁，共三十三頁。波長、周期、波速三個物理量之間的關系：表示 2長度上完整波的數目，稱為角波數。 單位長度內完整的波的數目稱為波數介質決定波源決定第