哈工大大學(xué)物理課件機(jī)械波劉星斯維提整理

兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播彼此相遇疊加而形成的波。15-6駐波波節(jié)波腹1駐波表達(dá)式振動因子（相位中無x）振幅因子（絕對值為振幅）——不具備傳播的特征駐波是各點(diǎn)振幅不同的簡諧振動的集體表現(xiàn)設(shè)兩列相干波：22At=0y0x0t=T/8xx0t=T/20xt=T/4波節(jié)波腹λ/4x02A-2Aλ/2xt=3T/803波腹位置當(dāng)(n=0,1,2…)當(dāng)波節(jié)位置(n=0,1,2…)XY波節(jié)波腹4一、駐波的特點(diǎn)

有波腹和波節(jié)，且相鄰的波腹與波腹或波節(jié)與波節(jié)間距離為相鄰的波節(jié)與波腹間的距離為１．振幅：XY52.相位：質(zhì)點(diǎn)分段振動同一段(相鄰兩波節(jié)間)

：相位相同,相鄰兩段(波節(jié)兩側(cè))

:相位相反。振動因子中無x，故無相位及波形的傳播。相位不傳播

波形不傳播

合平均能流密度為3.能量：平均說來沒有能量的傳播。駐字含義能量不傳播

6能量由兩端向中間轉(zhuǎn)移，瞬時(shí)位移為0，能量由中間向兩端轉(zhuǎn)移，勢能→動能。動能最大。勢能為0，動能→勢能。駐波中沒有能量的定向傳播，能量只是在波腹與波節(jié)之間，進(jìn)行著動能和勢能的轉(zhuǎn)換。7反射點(diǎn)b處是節(jié)、腹？反射波透射波入射波或入射波三、半波損失（相位躍變）—特性阻抗z大—波密媒質(zhì)z小—波疏媒質(zhì)相對而言一般而言：透射波：還是z1<z2，透射波總是與入射波同相不論z1>z2，若忽略透射，則入射和反射波的波形如下：8若忽略透射，則入射和反射波的波形如下：波腹相位不變波疏媒質(zhì)波密媒質(zhì)x駐波波節(jié)駐波相位突變波疏媒質(zhì)波密媒質(zhì)x①當(dāng)波密波疏，反射波和入射波同相②當(dāng)波疏波密，反射波在反射處發(fā)生了的相位突變．----半波損失9若反射波中產(chǎn)生“半波損失”，界面出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)稱為半波反射若反射波中無“半波損失”，界面出現(xiàn)腹點(diǎn)稱為全波反射（從波疏媒質(zhì)進(jìn)入波密媒質(zhì)）（從波密媒質(zhì)進(jìn)入波疏媒質(zhì)）10有許多種可能的穩(wěn)定振動方式。一個(gè)駐波系統(tǒng)有很多個(gè)“固有頻率”，四、兩端固定的弦中的駐波簡正模式限定：兩端為波節(jié)可能的模式11L二次諧頻n=2三次諧頻n=3基頻n=1每種可能的穩(wěn)定振動方式稱作振動系統(tǒng)的一個(gè)簡正模式。12系統(tǒng)究竟按那種模式振動，取決于初始條件。一般是各種簡正模式的疊加。當(dāng)周期性強(qiáng)迫力的頻率與系統(tǒng)（例如，弦）的固有頻率之一相同時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)駐波，系統(tǒng)中該頻率振動的振幅最大------共振例：長為L的弦線，波在線中的傳播速度為改變T或L,即改變．13141.聲強(qiáng)--聲波的強(qiáng)度引起痛覺的聲音炮聲鉚釘機(jī)交通繁忙的街道通常談話耳語引起聽覺的最低聲音樹葉沙沙聲聲源聲強(qiáng)（W·m-2）響度1110-210-510-610-1010-1110-12震耳響正常輕極輕

15-7聲波（可聞）聲波：次聲波：超聲波：152.聲強(qiáng)級（L）定義：某聲波的聲強(qiáng)為I，則聲強(qiáng)級：I0為人耳聽得到的最小聲強(qiáng)（標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)）（Bel）單位：貝爾（bel）或“分貝”3.超聲波及應(yīng)用超聲波的產(chǎn)生:通常利用電磁振蕩與機(jī)械振動的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)電聲換能器壓電換能器磁致伸縮換能器超聲波發(fā)生器:16電聲換能器壓電換能器磁致伸縮換能器①壓電換能器利用具有壓電效應(yīng)的陶瓷晶體(如石英,鈦酸鋇,鋯鈦酸鉛等)制成.壓電效應(yīng):晶體在周期性壓力作用下,產(chǎn)生周期性的電壓.逆壓電效應(yīng):晶體在周期性電壓作用下,產(chǎn)生周期性的機(jī)械振動(或稱為電致伸縮效應(yīng))------產(chǎn)生超聲波②磁致伸縮換能器利用具有磁致伸縮效應(yīng)的鐵磁材料(如純鎳,鎳鈷合金和鈷鐵氧體等)制成.超聲波發(fā)生器:磁致伸縮效應(yīng):指材料在周期性磁場的作用下,發(fā)生的周期性的伸縮效應(yīng).------產(chǎn)生超聲波17磁致伸縮效應(yīng):指材料在周期性磁場的作用下,發(fā)生的周期性的伸縮效應(yīng).------產(chǎn)生超聲波超聲波接收器:利用壓電效應(yīng)和逆磁致伸縮效應(yīng)超聲波信號電信號超聲波的應(yīng)用:超聲波的特點(diǎn):聲強(qiáng)大,方向性好,穿透性好①探測海洋深度,海底地形,魚群,艦艇等.②超聲探傷③醫(yī)療檢測④超聲粉碎,焊接,鉆空,清洗等…18多普勒效應(yīng):當(dāng)波源S和接收器(觀察者)R有相對運(yùn)動時(shí),接收器所測得的頻率R不等于波源振動頻率S的現(xiàn)象。設(shè)S和R的運(yùn)動沿二者連線。符號規(guī)定:S和R相互靠近時(shí),

vS、vR為正，反之為負(fù)；u恒取正值三個(gè)頻率:S波源的振動頻率

波(在介質(zhì)中)的頻率R

接收頻率vR·RSvSu

15-8多普勒效應(yīng)

Vs……波源相對介質(zhì)的速度VR

……觀測者相對介質(zhì)的速度u……波在介質(zhì)中的傳播速度三個(gè)速度：19分幾種情況討論:S

=,但R=

?一、波源靜止,接收器運(yùn)動(vS=0,vR

0)設(shè)R向著靜止的S運(yùn)動，單位時(shí)間內(nèi)R所接收的波的個(gè)數(shù)為因?yàn)镾

=,R靠近S時(shí)(vR>0),有R>S。R遠(yuǎn)離S時(shí)(vR<0),有R<S

。uS·VS=0·RVR·20二、接收器靜止,波源運(yùn)動(vR=0,vS

0)R與S之差值,稱為多普勒頻移。R

=,

但

=?

S發(fā)出“波頭”后,前進(jìn)vSTS時(shí)再發(fā)“波尾”,使S運(yùn)動前方的波長縮短。VS

S···R測=實(shí)abVSTS實(shí)·0SVSuTS·Ruab21VSTS實(shí)·0SVSuTS·RuS運(yùn)動的前方波長縮短·實(shí)際波長=S不動時(shí)的波長

vSTS(vS>u

時(shí)不適用)22三、接收器、波源都運(yùn)動(vS

0

、vR

0)S

R可綜合上面1、2兩種情況，有S、R相互靠近時(shí)(例如VS>0、VR>0)R>S

(如為聲波,則聲音變尖）S、R相互遠(yuǎn)離時(shí)(例如VS<0、VR<0)R<S（如為聲波,則聲音變鈍）相當(dāng)于波速變化波長變化23注意：S動R不

動R動S不

動波對R速度不是u本質(zhì)不同S、R相互靠近時(shí)(例如VS>0、VR>0)R>S

(如為聲波,則聲音變尖）S、R相互遠(yuǎn)離時(shí)(例如VS<0、VR<0)R<S（如為聲波,則聲音變鈍）24水波的多普勒效應(yīng)（波源向左運(yùn)動）25警察用多普勒測速儀測速26電磁波的多普勒效應(yīng)：接近：遠(yuǎn)離：速度監(jiān)測器速度監(jiān)測原理微波雷達(dá)發(fā)射器探測器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V

表示波源與接收器間的相對運(yùn)動速度①監(jiān)測雷達(dá)發(fā)射微波，頻率為S，被以速度V運(yùn)動的汽車接收②汽車反射微波信號，接收器接收到的頻率為27①監(jiān)測雷達(dá)發(fā)射微波，頻率為S，被以速度V運(yùn)動的汽車接收②汽車反射微波信號，接收