波能流密度和强度声波波能量声波ppt课件

1、波的能流密度波的能流密度 强度强度 声强级声强级xoyABxyoxAB弹性介质中取一线元弹性介质中取一线元 dxdx，其质量，其质量 dm=dm=ldxldx由于波函数：由于波函数：)cos(kxtAy质元振动速度：质元振动速度：tyv质元动能：质元动能：2 21vdmdEk)(sin21222kxtdxAl)sin(kxtAxoyABxy质元形变：质元形变：xyx2122)()(xxyx2121221xy质元的形变势能：质元的形变势能：221xyFdEp)(sin21222kxtkFdxAlFkukpdEdE 质元的势能和质元的势能和动能同步变化动能同步变化质元动摇能量：质元动摇能量：kpd

2、EdEdE)(sin222kxtdxAl)(sin222kxtSdxA介质中单位体积内的能量，叫做能量密度介质中单位体积内的能量，叫做能量密度)(sin222kxtASdxdE能量密度在一个周期内的平均值为平均能量密度能量密度在一个周期内的平均值为平均能量密度TdtT01dtkxtTAT)(sin20222221A单位时间内经过截面单位时间内经过截面 S S 的能量等于体积的能量等于体积 uSuS中的中的能量，称为能流。能量，称为能流。单位时间内经过垂直于波的传播方向的单位面单位时间内经过垂直于波的传播方向的单位面积上的能量叫做能流密度。积上的能量叫做能流密度。uSEudSdEJ写成矢量式：写

3、成矢量式：uJ一个周期内能流密度大小的平均值称为波的强度。一个周期内能流密度大小的平均值称为波的强度。udtTuJdtTJITT001uA2221例例1 1：一球面波源的功率为：一球面波源的功率为 100W100W，那么距波，那么距波源源 10m 10m 处，波的平均能流密度处，波的平均能流密度 I I 是多少？是多少？解：解：SPI24rP210410041W m-2 例例2 2：有一波在介质中传播，知：有一波在介质中传播，知u=103 m/su=103 m/s，A=1.0A=1.010-4m10-4m， =103Hz =103Hz，假设介质的密度，假设介质的密度为为 800 kg/m3 8

4、00 kg/m3，求：该波的平均能流密度；，求：该波的平均能流密度； 1 1分钟内垂直经过一面积分钟内垂直经过一面积 S = 4 S = 410 -4 m2 10 -4 m2 的的总能量。总能量。解：解：uAI2221uA222223432)10100 .1 (1080022 -5mw 1058.1IStE60100 .41058.145J3792 声波是机械纵波声波是机械纵波频率高于频率高于20000赫兹的叫做超声波。赫兹的叫做超声波。* 声的产生、传播和接纳。为听觉效力，如声的产生、传播和接纳。为听觉效力，如声音的音质、音响效果；声学在建筑学方面声音的音质、音响效果；声学在建筑学方面的运用

5、，噪声的防止等。的运用，噪声的防止等。 20到到20000赫兹之间能引起听赫兹之间能引起听觉的称为可闻声波，简称声波。觉的称为可闻声波，简称声波。频率低于频率低于20赫兹的叫做次声波；赫兹的叫做次声波；* 利用声的传播特性研讨媒质的微观构造；利用声的传播特性研讨媒质的微观构造；利用声波的作用来促进化学反响，为科技效力。利用声波的作用来促进化学反响，为科技效力。研讨的分类：研讨的分类：声的概念不再局限于听觉范围，几乎是振动和机械声的概念不再局限于听觉范围，几乎是振动和机械波的同义词。波的同义词。声波声波20000Hz20Hz由此可知，声强与频率的平方，振幅的平方成由此可知，声强与频率的平方，振幅

6、的平方成正比。利用超声波可获得极大的声强。正比。利用超声波可获得极大的声强。uAI2221声强声强引起听觉的声波不仅有频率范围，而且有声强引起听觉的声波不仅有频率范围，而且有声强范围。普通正常人对于范围。普通正常人对于1000Hz 的声波，听觉的的声波，听觉的上限约为上限约为1W/m2 ，下限约，下限约10-12 W/m2 。实验阐。实验阐明，人耳听觉并非与声强成正比，而是与声强明，人耳听觉并非与声强成正比，而是与声强的对数大致面正比。的对数大致面正比。定义声强级定义声强级L为：为：0logIIL 单位为贝耳单位为贝耳(Bel)0log10IIL 单位为分贝单位为分贝(dB)* 声强级声强级由

7、于可闻声强的数量级相差悬殊，通常用声强由于可闻声强的数量级相差悬殊，通常用声强级来描画声强的强弱。级来描画声强的强弱。规定声强规定声强 I0=10-12瓦瓦/米米2作为测定声强的规范作为测定声强的规范有的地方规定户外声音不得大于有的地方规定户外声音不得大于100分贝。分贝。 如炮声声强如炮声声强 1瓦瓦/米米2 ，声强级，声强级120分贝。分贝。 超声波、次声波超声波、次声波* 超声波：频率高，波长短，定向传播性好；超声波：频率高，波长短，定向传播性好； 穿透性好，在液体、固体中传播时，衰穿透性好，在液体、固体中传播时，衰 减很小，能量高等。减很小，能量高等。定位、测距、探伤、显象，随着激光全

8、息的定位、测距、探伤、显象，随着激光全息的开展声全息也日益开展，它在地质、医学等开展声全息也日益开展，它在地质、医学等领域有重要的意义；领域有重要的意义；近来在超声延时方面有新的开展，由于它的波速比电磁波速低。近来在超声延时方面有新的开展，由于它的波速比电磁波速低。由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，清洗机件还可用来处置种子和催化。清洗机件还可用来处置种子和催化。特点特点用途用途超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成分、超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成分、温度、压力的变化很敏感。利用这些可间接丈量温度、压力的变化很敏感。利用这些可间接丈量其他有关物理量。这种非声量的声测法具有丈量其他有关物理量。这种非声量的声测法具有丈量精细度高、速度快的优点；精细度高、速度快的优点；频率在频率在10420赫芝之间赫芝之间的机械波，人耳听不到。的机械波，人耳听不到。* 次声波次声波由于大气湍流、火山迸发、地震、由于大气湍流、火山迸发、地震、陨石落地、雷暴、磁暴等大规模自陨石落地、雷暴、磁暴等大规模自然活动中，都有次声波产生，因此，然活动中，都有次声波产生，因此，它是研讨地球、海洋、大气等大规它