2005年注冊(cè)巖土工程師考前輔導(dǎo)

精講班

普

通

物

理

第三講

機(jī)械波

【內(nèi)容提要】

本節(jié)研究機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程——機(jī)械波。主要學(xué)習(xí)下面幾個(gè)部分的內(nèi)容：1)機(jī)械波產(chǎn)生的條件和傳播機(jī)理；描述波動(dòng)的物理量及其相互關(guān)系。2)在無(wú)限大的、均勻的、無(wú)吸收的彈性介質(zhì)中傳播的平面簡(jiǎn)諧行波的表達(dá)式。3)波的能量、能流及能流密度。4)波的傳播規(guī)律——惠更斯原理。5)波的疊加原理、波的干涉、駐波。6)多普勒效應(yīng)。7)聲波、超聲波、次聲波。

機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播．機(jī)械振動(dòng)是產(chǎn)生機(jī)械波的根源。學(xué)習(xí)時(shí)要注意兩者的聯(lián)糸和區(qū)別。

【重點(diǎn)、難點(diǎn)】

本節(jié)主要討論機(jī)械波的特征和基本規(guī)律，重點(diǎn)討論諧振動(dòng)沿一個(gè)方向傳播所形成的平面簡(jiǎn)諧波?！緝?nèi)容講解】

一、波動(dòng)

振動(dòng)的傳播過(guò)程叫做波動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)波．機(jī)械波和電磁波在物理性質(zhì)上是不同的，但在傳播規(guī)律上有許多共同的特性．例如有形式上相類(lèi)似的波的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，都伴隨著能量的傳播．在不同介質(zhì)分界面上同樣會(huì)發(fā)生波的反射和折射，傳播過(guò)程中在一定條件下會(huì)發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象等等．

二、機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播

1．機(jī)械波的基礎(chǔ)知識(shí)

(1)機(jī)械波產(chǎn)生的條件：機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播形成機(jī)械波．所以，機(jī)械波產(chǎn)生的條件有兩個(gè)：一是波源，二是用來(lái)傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)．

(2)橫波與縱波：橫波與縱波的區(qū)別在于波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系不同，兩者垂直為橫波，兩者平行為縱波．

(3)波面、波前與波線：在某一時(shí)刻，由振動(dòng)相位相同的點(diǎn)所連成的曲面，叫做波面．其中沿傳播方向上最前面的一個(gè)波面叫波前．波的傳播方向稱(chēng)為波線．

2．波傳播的特性

機(jī)械波的最基本形式是簡(jiǎn)諧波．在簡(jiǎn)諧波的傳播中，介質(zhì)各質(zhì)元都在各自的平衡位置附近作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，它們的振動(dòng)是同方向，同頻率的，所不同的是相位沿波的傳播方向依次落后．所以，波向前傳播的是振動(dòng)狀態(tài)．

3．描述波的物理量

(1)波長(zhǎng)λ

：同一時(shí)刻波線上兩相鄰位相差為

的質(zhì)點(diǎn)間的距離稱(chēng)為波長(zhǎng)．

(2)周期T

、頻率υ

：波傳播一個(gè)波長(zhǎng)所用的時(shí)間為波的周期T

，周期的倒數(shù)是波的頻率．波的周期(頻率)與波源的周期(頻率)相同．

(3)波速：振動(dòng)狀態(tài)（相位）傳播的運(yùn)度稱(chēng)為波速．波速的大小由介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)決定．

之間的關(guān)系為：

波形相同，整體向前平移，故平面簡(jiǎn)諧波也稱(chēng)行波．行波中沿波線兩點(diǎn)間距離與相位差的關(guān)系是

七、聲波、超聲波、次聲波

如果波源在彈性介質(zhì)(流體)中所激起的縱波的頻率，在20Hz到20000Hz之間，就能引起人的聽(tīng)覺(jué)。在這頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱(chēng)為聲振動(dòng)，由聲振動(dòng)所激起的縱波稱(chēng)為聲波。頻率高于20000Hz的機(jī)械