哈工大大学物理课件机械波刘星斯维提整理

两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播彼此相遇叠加而形成的波。15-6驻波波节波腹1驻波表达式振动因子（相位中无x）振幅因子（绝对值为振幅）——不具备传播的特征驻波是各点振幅不同的简谐振动的集体表现设两列相干波：22At=0y0x0t=T/8xx0t=T/20xt=T/4波节波腹λ/4x02A-2Aλ/2xt=3T/803波腹位置当(n=0,1,2…)当波节位置(n=0,1,2…)XY波节波腹4一、驻波的特点

有波腹和波节，且相邻的波腹与波腹或波节与波节间距离为相邻的波节与波腹间的距离为１．振幅：XY52.相位：质点分段振动同一段(相邻两波节间)

：相位相同,相邻两段(波节两侧)

:相位相反。振动因子中无x，故无相位及波形的传播。相位不传播

波形不传播

合平均能流密度为3.能量：平均说来没有能量的传播。驻字含义能量不传播

6能量由两端向中间转移，瞬时位移为0，能量由中间向两端转移，势能→动能。动能最大。势能为0，动能→势能。驻波中没有能量的定向传播，能量只是在波腹与波节之间，进行着动能和势能的转换。7反射点b处是节、腹？反射波透射波入射波或入射波三、半波损失（相位跃变）—特性阻抗z大—波密媒质z小—波疏媒质相对而言一般而言：透射波：还是z1<z2，透射波总是与入射波同相不论z1>z2，若忽略透射，则入射和反射波的波形如下：8若忽略透射，则入射和反射波的波形如下：波腹相位不变波疏媒质波密媒质x驻波波节驻波相位突变波疏媒质波密媒质x①当波密波疏，反射波和入射波同相②当波疏波密，反射波在反射处发生了的相位突变．----半波损失9若反射波中产生“半波损失”，界面出现节点称为半波反射若反射波中无“半波损失”，界面出现腹点称为全波反射（从波疏媒质进入波密媒质）（从波密媒质进入波疏媒质）10有许多种可能的稳定振动方式。一个驻波系统有很多个“固有频率”，四、两端固定的弦中的驻波简正模式限定：两端为波节可能的模式11L二次谐频n=2三次谐频n=3基频n=1每种可能的稳定振动方式称作振动系统的一个简正模式。12系统究竟按那种模式振动，取决于初始条件。一般是各种简正模式的叠加。当周期性强迫力的频率与系统（例如，弦）的固有频率之一相同时，产生强驻波，系统中该频率振动的振幅最大------共振例：长为L的弦线，波在线中的传播速度为改变T或L,即改变．13141.声强--声波的强度引起痛觉的声音炮声铆钉机交通繁忙的街道通常谈话耳语引起听觉的最低声音树叶沙沙声声源声强（W·m-2）响度1110-210-510-610-1010-1110-12震耳响正常轻极轻

15-7声波（可闻）声波：次声波：超声波：152.声强级（L）定义：某声波的声强为I，则声强级：I0为人耳听得到的最小声强（标准声强）（Bel）单位：贝尔（bel）或“分贝”3.超声波及应用超声波的产生:通常利用电磁振荡与机械振动的转换来实现电声换能器压电换能器磁致伸缩换能器超声波发生器:16电声换能器压电换能器磁致伸缩换能器①压电换能器利用具有压电效应的陶瓷晶体(如石英,钛酸钡,锆钛酸铅等)制成.压电效应:晶体在周期性压力作用下,产生周期性的电压.逆压电效应:晶体在周期性电压作用下,产生周期性的机械振动(或称为电致伸缩效应)------产生超声波②磁致伸缩换能器利用具有磁致伸缩效应的铁磁材料(如纯镍,镍钴合金和钴铁氧体等)制成.超声波发生器:磁致伸缩效应:指材料在周期性磁场的作用下,发生的周期性的伸缩效应.------产生超声波17磁致伸缩效应:指材料在周期性磁场的作用下,发生的周期性的伸缩效应.------产生超声波超声波接收器:利用压电效应和逆磁致伸缩效应超声波信号电信号超声波的应用:超声波的特点:声强大,方向性好,穿透性好①探测海洋深度,海底地形,鱼群,舰艇等.②超声探伤③医疗检测④超声粉碎,焊接,钻空,清洗等…18多普勒效应:当波源S和接收器(观察者)R有相对运动时,接收器所测得的频率R不等于波源振动频率S的现象。设S和R的运动沿二者连线。符号规定:S和R相互靠近时,

vS、vR为正，反之为负；u恒取正值三个频率:S波源的振动频率

波(在介质中)的频率R

接收频率vR·RSvSu

15-8多普勒效应

Vs……波源相对介质的速度VR

……观测者相对介质的速度u……波在介质中的传播速度三个速度：19分几种情况讨论:S

=,但R=

?一、波源静止,接收器运动(vS=0,vR

0)设R向着静止的S运动，单位时间内R所接收的波的个数为因为S

=,R靠近S时(vR>0),有R>S。R远离S时(vR<0),有R<S

。uS·VS=0·RVR·20二、接收器静止,波源运动(vR=0,vS

0)R与S之差值,称为多普勒频移。R

=,

但

=?

S发出“波头”后,前进vSTS时再发“波尾”,使S运动前方的波长缩短。VS

S···R测=实abVSTS实·0SVSuTS·Ruab21VSTS实·0SVSuTS·RuS运动的前方波长缩短·实际波长=S不动时的波长

vSTS(vS>u

时不适用)22三、接收器、波源都运动(vS

0

、vR

0)S

R可综合上面1、2两种情况，有S、R相互靠近时(例如VS>0、VR>0)R>S

(如为声波,则声音变尖）S、R相互远离时(例如VS<0、VR<0)R<S（如为声波,则声音变钝）相当于波速变化波长变化23注意：S动R不

动R动S不

动波对R速度不是u本质不同S、R相互靠近时(例如VS>0、VR>0)R>S

(如为声波,则声音变尖）S、R相互远离时(例如VS<0、VR<0)R<S（如为声波,则声音变钝）24水波的多普勒效应（波源向左运动）25警察用多普勒测速仪测速26电磁波的多普勒效应：接近：远离：速度监测器速度监测原理微波雷达发射器探测器数据处理系统V

表示波源与接收器间的相对运动速度①监测雷达发射微波，频率为S，被以速度V运动的汽车接收②汽车反射微波信号，接收器接收到的频率为27①监测雷达发射微波，频率为S，被以速度V运动的汽车接收②汽车反射微波信号，接收