第四章-波與聲學基礎(chǔ)-yyt

1振動、波動和聲之間的關(guān)系振動廣義振動：任一物理量（如位移、電流等）在某一位置附近反復變化。機械振動：物體在某一位置附近來回作往復運動。波動振動在介質(zhì)中傳播稱為波，各種類型的波有類似的波動方程。聲波：可以為人耳識別的波。聲源的振動彈性媒介振動聲波空氣、固體、液體第一頁，共111頁。2波動是振動的傳播過程;振動是激發(fā)波動的波源.機械波電磁波波動機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播.交變電磁場在空間的傳播.兩類波的不同之處機械波的傳播需有傳播振動的介質(zhì);電磁波的傳播可不需介質(zhì).能量傳播反射折射干涉衍射兩類波的共同特征一、波動學基礎(chǔ)——機械波第二頁，共111頁。31、機械波的產(chǎn)生產(chǎn)生條件：1）波源；2）彈性介質(zhì).波是運動狀態(tài)的傳播，介質(zhì)的質(zhì)點并不隨波傳播.機械波傳播的是波源（及各質(zhì)點）的振動狀態(tài)和能量注意2、機械波的分類1）橫波:

質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直的波.（橫波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中產(chǎn)生切變，只能在固體中傳播）一、波動學基礎(chǔ)——機械波切變:即剪切變形，指媒質(zhì)各層之間發(fā)生平行于這些層的相對移動）第三頁，共111頁。4（橫波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中產(chǎn)生切變，只能在固體中傳播）一、波動學基礎(chǔ)——機械波特征：具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷2、機械波的分類：1）橫波:

質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直的波.第四頁，共111頁。5軟繩質(zhì)點振動方向波的傳播方向抖動一下，產(chǎn)生一個脈沖橫波連續(xù)抖動，產(chǎn)生連續(xù)橫波質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直橫波：動畫波的傳播方向質(zhì)點振動方向軟繩第五頁，共111頁。62）縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向互相平行的波.縱波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中產(chǎn)生容變，能在固體、液體、氣體中傳播2、機械波的分類一、波動學基礎(chǔ)——機械波容變:拉伸壓縮變形特征：具有交替出現(xiàn)的密部和疏部第六頁，共111頁。7抽送一下，產(chǎn)生一個脈沖縱波軟彈簧軟彈簧波的傳播方向質(zhì)點振動方向連續(xù)抽送，產(chǎn)生連續(xù)縱波波的傳播方向質(zhì)點振動方向

在機械波中，橫波只能在固體中出現(xiàn)；縱波可在氣體、液體和固體中出現(xiàn)?？諝庵械穆暡ㄊ强v波。液體表面的波動情況較復雜，不是單純的縱波或橫波。質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行縱波：動畫第七頁，共111頁。8一、波動學基礎(chǔ)——機械波3、波線和波面波場--波傳播到的空間。波面--波場中同一時刻振動位相相同的點的軌跡。波前（波陣面）--某時刻波源最初的振動狀態(tài)傳到的波面。波線（波射線）--代表波的傳播方向的射線。各向同性均勻介質(zhì)中，波線恒與波面垂直。沿波線方向各質(zhì)點的振動相位依次落后。第八頁，共111頁。9波線波面波面波線平面波球面波波面波線波線波面第九頁，共111頁。10波長

：沿波的傳播方向，兩個相鄰的、相位差為的振動質(zhì)點之間的距離，即一個完整波形的長度.OyAA-一、波動學基礎(chǔ)——機械波4、描述波動的幾個物理量1）波長第十頁，共111頁。112）周期

：波前進一個波長的距離所需要的時間.3）頻率

：周期的倒數(shù)，即單位時間內(nèi)波動所傳播的完整波的數(shù)目.4）波速

：波動過程中，某一振動狀態(tài)（即振動相位）單位時間內(nèi)所傳播的距離（相速）.注意周期或頻率只取決于波源的振動!波速只取決于媒質(zhì)的性質(zhì)（彈性及密度）！一、波動學基礎(chǔ)——機械波第十一頁，共111頁。12如為介質(zhì)的密度如聲音的傳播速度空氣，常溫左右，混凝土固體縱波液、氣體切變模量彈性模量體積模量橫波一、波動學基礎(chǔ)——機械波第十二頁，共111頁。13例1

在室溫下，空氣中的聲速u1為340m/s，水中的聲速u2為1450m/s，求頻率為200Hz和2000Hz的聲波在空氣中和水中的波長各為多少？在水中的波長解由，頻率為200Hz和2000Hz的聲波在空氣中的波長一、波動學基礎(chǔ)——機械波第十三頁，共111頁。14例2

假如在空氣中傳播時，空氣的壓縮與膨脹過程進行得非常迅速，以致來不及與周圍交換熱量，聲波的傳播過程可看作絕熱過程.(1)視空氣為理想氣體，試證聲速u與壓強p的關(guān)系為，與溫度

T

的關(guān)系為為氣體摩爾熱容之比，為密度，R為摩爾氣體常數(shù)，M

為摩爾質(zhì)量.(2)求0℃和20℃時,空氣中的聲速?？諝庵幸?、波動學基礎(chǔ)——機械波第十四頁，共111頁。15解氣體中縱波的速度（1）理想氣體絕熱過程應(yīng)滿足絕熱方程由理想氣體狀態(tài)方程一、波動學基礎(chǔ)——機械波P為氣體壓強，V為體積第十五頁，共111頁。16（2）由（1）解一、波動學基礎(chǔ)——機械波（2）求0℃和20℃時,空氣中的聲速?？諝庵械谑?，共111頁。17各質(zhì)點相對平衡位置的位移波線上各質(zhì)點平衡位置坐標簡諧波：在均勻的、無吸收的介質(zhì)中，波源作簡諧運動時，在介質(zhì)中所形成的波.平面簡諧波：波面為平面的簡諧波.介質(zhì)中任一質(zhì)點（坐標為x）相對其平衡位置的位移（坐標為y）隨時間的變化關(guān)系，即稱為波函數(shù).一、波動學基礎(chǔ)——波動方程（平面簡諧波）第十七頁，共111頁。18點O

的振動狀態(tài)點Pt-x/u時刻點O的運動t時刻點P的運動點P振動方程1.時間推遲法u一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第十八頁，共111頁。19點P

比點O落后的相位點

P

振動方程點O振動方程P*O2.相位落后法一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第十九頁，共111頁。20點O

振動方程

u沿x軸負向波函數(shù)u沿x軸正向O如果原點的初相位不為零一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十頁，共111頁。21波動方程的其它形式角波數(shù)質(zhì)點的振動速度，加速度一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十一頁，共111頁。22波函數(shù)的物理意義：1、當x

固定時，波函數(shù)表示該點的簡諧運動方程，并給出該點與點O

振動的相位差.（波具有時間的周期性）一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十二頁，共111頁。23（波具有空間的周期性）2、當一定時，波函數(shù)表示該時刻波線上各點相對其平衡位置的位移，即此刻的波形.波程差波函數(shù)的物理意義：一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十三頁，共111頁。243、若均變化，波函數(shù)表示波形沿傳播方向的運動情況（行波）.

O時刻時刻波函數(shù)的物理意義：一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十四頁，共111頁。25例題已知波動方程如下，求波長、周期和波速.把題中波動方程改寫成比較得方法一（比較系數(shù)法）.解：一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十五頁，共111頁。26方法二（由各物理量的定義求解）.周期為相位傳播一個波長所需的時間波長是指同一時刻，波線上相位差為的兩點間的距離.例已知波動方程如下，求波長、周期和波速.解：一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十六頁，共111頁。27例題一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播，已知振幅A＝1.0m，，，在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy

軸正方向運動.求

1）波動方程；2）求波形圖；3）x=0.5m處質(zhì)點的振動規(guī)律并做圖。一、波動學基礎(chǔ)——波動方程波動方程的標準式第二十七頁，共111頁。281)寫出波動方程的標準式解:例3一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播，已知振幅，，，在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy

軸正方向運動.求

1）波動方程一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第二十八頁，共111頁。29當o2.01.0-1.0

時刻波形圖解:2）因為例3一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播，已知振幅，，，在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy

軸正方向運動.求一、波動學基礎(chǔ)——波動方程2）求波形圖.第二十九頁，共111頁。30處質(zhì)點的振動方程01.0-1.02.0O1234******1234處質(zhì)點的振動曲線1.0解:例題一平面簡諧波沿Ox軸正方向傳播，已知振幅，，，在時坐標原點處的質(zhì)點位于平衡位置沿Oy

軸正方向運動.求一、波動學基礎(chǔ)——波動方程3）

處質(zhì)點的振動規(guī)律并做圖.3）因為第三十頁，共111頁。31例題一平面簡諧波以速度u＝20m/s沿直線傳播,波線上點A的簡諧運動方程為1）以A

為坐標原點，寫出波動方程ABCD5m9m8m2）以B

為坐標原點，寫出波動方程3）寫出傳播方向上點C、點D的簡諧運動方程4）分別求出BC

，CD

兩點間的相位差一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第三十一頁，共111頁。321）以A

為坐標原點，寫出波動方程解：一、波動學基礎(chǔ)——波動方程當t＝0，x=0時第三十二頁，共111頁。33解：2）以B

為坐標原點，寫出波動方程一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第三十三頁，共111頁。34點C的相位比點A超前點D的相位落后于點A解：3）寫出傳播方向上點C、點D的簡諧運動方程一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第三十四頁，共111頁。35解：4）分別求出BC

，CD

兩點間的相位差一、波動學基礎(chǔ)——波動方程第三十五頁，共111頁。36（一）波的能量、能量密度

當機械波在媒質(zhì)中傳播時，媒質(zhì)中各質(zhì)點均在其平衡位置附近振動.同時，介質(zhì)發(fā)生彈性形變，因而具有振動動能和彈性勢能。xOxO以固體棒中傳播的縱波為例分析波動能量的傳播。一、波動學基礎(chǔ)——波的能量固體棒的截面積為S，長度為l第三十六頁，共111頁。37第三十七頁，共111頁。38振動動能xOxO（一）波的能量、能量密度一、波動學基礎(chǔ)——波的能量第三十八頁，共111頁。39質(zhì)元的長度為dx，質(zhì)元長度的增量為dy。彈性勢能的推導過程類比彈簧的彈性勢能公式xOxO（一）波的能量、能量密度一、波動學基礎(chǔ)——波的能量其中S為橫截面面積，E為彈性模量波速第三十九頁，共111頁。40體積元的總機械能討論

體積元在平衡位置時，動能、勢能和總機械能均最大.體積元的位移最大時，三者均為零.

1）在波動傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動能、勢能、總機械能均周期性變化，且變化是同相位的.一、波動學基礎(chǔ)——波的能量振動動能振動彈性勢能第四十頁，共111頁。41

2）任一體積元都在不斷地接收和放出能量，即不斷地傳播能量.任一體積元的機械能不守恒.波動是能量傳遞的一種方式.討論一、波動學基礎(chǔ)——波的能量現(xiàn)象：若將一軟繩（彈性媒質(zhì)）劃分為多個小單元（體積元）上下抖動振速最小v振速最大v形變最小形變最大t時刻波形t+dt未起振的體積元第四十一頁，共111頁。42能量密度：單位體積介質(zhì)中的波動能量.平均能量密度：能量密度在一個周期內(nèi)的平均值.一、波動學基礎(chǔ)——波的能量第四十二頁，共111頁。43（二）能流、能流密度能流：單位時間內(nèi)垂直通過某一面積的能量.平均能流：能流密度

(波的強度):通過垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流.udtS一、波動學基礎(chǔ)——波的能量第四十三頁，共111頁。44介質(zhì)無吸收，通過兩個球面的平均能流相等.例證明球面波的振幅與離開其波源的距離成反比，并求球面簡諧波的波函數(shù).即式中為離開波源的距離，為處的振幅.

證:

一、波動學基礎(chǔ)——波的能量振幅與離開其波源的距離成反比r處的振幅為第四十四頁，共111頁。451）幾列波相遇之后，仍然保持它們各自原有的特征（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，并按照原來的方向繼續(xù)前進，好象沒有遇到過其他波一樣.2）在相遇區(qū)域內(nèi)任一點的振動，為各列波單獨存在時在該點所引起的振動位移的矢量和.一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉波的疊加第四十五頁，共111頁。46

頻率相同、振動方向平行、相位相同或相位差恒定的兩列波相遇時，使某些地方振動始終加強，而使另一些地方振動始終減弱的現(xiàn)象，稱為波的干涉現(xiàn)象.波的干涉一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第四十六頁，共111頁。47*波源振動點P的兩個分振動1）頻率相同；2）振動方向平行；3）相位相同或相位差恒定.波的相干條件

一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第四十七頁，共111頁。48常量*一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第四十八頁，共111頁。49討論1)

合振動的振幅（波的強度）在空間各點的分布隨位置而變，但是穩(wěn)定的.振動始終加強振動始終減弱其他2)一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第四十九頁，共111頁。50波程差若則振動始終減弱振動始終加強其他3)討論一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第五十頁，共111頁。51解:例題如圖所示，A、B兩點為同一介質(zhì)中兩相干波源.其振幅皆為5cm，頻率皆為100Hz，但當點A為波峰時，點B為波谷.設(shè)波速為10m/s，試寫出由A、B發(fā)出的兩列波傳到點P

時干涉的結(jié)果.15m20mABP設(shè)A

的相位較B

超前，則點P合振幅一、波動學基礎(chǔ)——波的疊加原理、波的干涉第五十一頁，共111頁。52惠更斯原理：在波的傳播過程中，波陣面上的每一點都可以看作發(fā)射次級子波的波源，在其后的任一時刻，這些子波的包跡就成為新的波陣面.一、波動學基礎(chǔ)——惠更斯原理（衍射）球面波平面波O第五十二頁，共111頁。53縫寬大于波長縫寬小于波長

波在向前傳播的過程中遇到障礙物(或障礙物中的縫隙)時,波線發(fā)生彎曲衍射現(xiàn)象可用惠更斯原理的子波包絡(luò)面概念定性解釋。衍射現(xiàn)象是否顯著取決于波長與障礙物(或障礙物中的縫隙)的線度之比。衍射現(xiàn)象是波動傳播過程中的特征之一。并繞過障礙物(或障礙物中的縫隙)的現(xiàn)象稱為波的衍射(或繞射)。一、波動學基礎(chǔ)——惠更斯原理第五十三頁，共111頁。54如你家在大山后,聽廣播和看電視哪個更容易?(若廣播臺、電視臺都在山前側(cè))一、波動學基礎(chǔ)——惠更斯原理第五十四頁，共111頁。55一、波動學基礎(chǔ)——駐波當兩列振幅相同的相干波沿同一直線相向傳播時，合成的波是一種波形不隨時間變化的波，稱為駐波。

OXY2l2l波節(jié)波腹第五十五頁，共111頁。561、駐波方程一、波動學基礎(chǔ)——駐波第五十六頁，共111頁。57函數(shù)不滿足它不是行波。它表示各點都在作簡諧振動，各點振動的頻率相同，是原來波的頻率。但各點振幅隨位置的不同而不同。駐波的特點：不是振動的傳播，而是媒質(zhì)中各質(zhì)點都作穩(wěn)定的振動。一、波動學基礎(chǔ)——駐波第五十七頁，共111頁。58弦的駐波條件2lLm)(m213,,,3m反射器振源振源l變波長調(diào)頻率改L弦長弦的駐波視覺現(xiàn)象示意振源振源動畫第五十八頁，共111頁。59（1）波腹與波節(jié)駐波振幅分布特點2、駐波的特點一、波動學基礎(chǔ)——駐波OXY2l2l波節(jié)波腹第五十九頁，共111頁。60相鄰波腹間的距離為：相鄰波節(jié)間的距離為：相鄰波腹與波節(jié)間的距離為：因此可用測量波腹間的距離，來確定波長。一、波動學基礎(chǔ)——駐波第六十頁，共111頁。61（2）駐波的位相的分布特點在波節(jié)兩側(cè)點的振動相位相反。同時達到反向最大或同時達到反向最小。速度方向相反。兩個波節(jié)之間的點其振動相位相同。同時達到最大或同時達到最小。速度方向相同。一、波動學基礎(chǔ)——駐波第六十一頁，共111頁。62聲波：客觀上是聲振動在在彈性介質(zhì)中傳播的機械波（固體：橫波、縱波；液、氣體：縱波），主觀上是這種物理現(xiàn)象可引起人的聽覺。

可聞聲波：20-20000Hz

次聲波：低于20Hz

超聲波：高于20000Hz二、聲學基礎(chǔ)——聲波第六十二頁，共111頁。63

貝爾（B）2聲強級：人們規(guī)定聲強（即相當于頻率為1000Hz的聲波能引起聽覺的最弱的聲強）為測定聲強的標準.1聲強：聲波的能流密度.分貝（dB）能夠引起人們聽覺的聲強范圍：二、聲學基礎(chǔ)——描述聲波的物理量如某聲波的聲強為I

，則比值I/I0

的對數(shù)，叫做相應(yīng)于I

的聲強級

LI

.第六十三頁，共111頁。64聲源聲強W/m2聲強級dB響度引起痛覺的聲音1120鉆巖機或鉚釘機10-2100震耳交通繁忙的街道10-570響通常的談話10-660正常耳語10-1020輕樹葉的沙沙聲10-1110極輕引起聽覺的最弱聲音10-120幾種聲音近似的聲強、聲強級和響度二、聲學基礎(chǔ)——描述聲波的物理量第六十四頁，共111頁。65例：已知兩聲強級之差為20dB，求兩聲強之比。二、聲學基礎(chǔ)——描述聲波的物理量第六十五頁，共111頁。66發(fā)射頻率接收頻率接收頻率——單位時間內(nèi)觀測者接收到的振動次數(shù)或完整波數(shù).人耳聽到的聲音的頻率與聲源的頻率相同嗎？問題只有波源與觀察者相對靜止時才相等.二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)觀察者接受到的頻率有賴于波源或觀察者運動的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。第六十六頁，共111頁。67觀察者接受到的頻率有賴于波源或觀察者運動的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)vS——表示波源相對于介質(zhì)的運動速度。vB——表示觀察者相對于介質(zhì)的運動速度?！ㄔ吹念l率u——波在介質(zhì)中的速度B——觀察者接受到的頻率發(fā)射頻率接收頻率第六十七頁，共111頁。681、波源不動，觀察者相對介質(zhì)以速度運動觀察者接收的頻率：觀察者向波源運動觀察者遠離波源二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第六十八頁，共111頁。692、觀察者不動，波源相對介質(zhì)以速度運動A觀察者接收的頻率:波源向觀察者運動波源遠離觀察者二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第六十九頁，共111頁。703、波源與觀察者同時相對介質(zhì)運動

若波源與觀察者不沿二者連線運動觀察者向波源運動+，遠離.波源向觀察者運動

，遠離

+

.二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第七十頁，共111頁。71vvssnuv0vssun多普勒效應(yīng)nnnn()uvsu+nn()uvsu+v+（背）（向）()+uvnnuvvs0sunv0vs0snu波源的振動頻率n觀察者測得的頻率n第七十一頁，共111頁。72二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)沖擊波若，波源就會沖出自身發(fā)出的波陣面，在時間內(nèi)，vsutr它所發(fā)出的波的一系列波面的包絡(luò)是一個圓錐體，稱為馬赫錐。這種波稱為沖擊波。1truvstrsinM2avsua馬赫錐的頂角滿足Mvsu稱為馬赫數(shù)sstruvstraas馬赫錐第七十二頁，共111頁。73聲暴當波源的運動速率剛好等于波速時，vsu即，馬赫錐的頂角π

，錐面變?yōu)槠矫妗波源在各時刻發(fā)射的波，幾乎與波源自身共處于同一平面，這時沖擊波的能量非常集中、強度和破壞力極大，這種現(xiàn)例如，當飛機剛好以聲速飛行時，機體所產(chǎn)生的任一振動都將尾隨在機體附近，并引起機身的共振，給飛行帶來危險。因此，超音速飛機在飛行時都要盡快越過這道音速的屏障。象稱為“聲暴”。二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第七十三頁，共111頁。745）衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)等.1）交通上測量車速；2）醫(yī)學上用于測量血流速度；3）天文學家利用電磁波紅移說明大爆炸理論；4）用于貴重物品、機密室的防盜系統(tǒng)；二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)的應(yīng)用第七十四頁，共111頁。751）解：例A、B為兩個汽笛，其頻率皆為50Hz，A

靜止，B

以60m/s的速率向右運動.在兩個汽笛之間有一觀察者O，以30m/s的速度也向右運動.已知空氣中的聲速為330m/s，求：AOB1）觀察者聽到來自A的頻率2）觀察者聽到來自B的頻率3）觀察者聽到的拍頻2）3）觀察者聽到的拍頻二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第七十五頁，共111頁。76兩列同方向傳播、同方向振動的，振幅相等的平面波，如果它們的頻率相差很?。ㄏ鄬τ谧陨眍l率來說，差是小量），那么它們疊加在一起后形成的波有如下特性：

1.波上的點的振動頻率與原來的兩個波的頻率近似相等；

2.波的振幅不固定，有些點的振幅是原來的兩倍，有些點的振幅是零，同時某一點的振幅也會隨時間變化。

從圖像上來看，這個波的局部形狀依然是以原先頻率振動的波，但各個波峰的外緣卻形成了波長更長的一個波形（即振幅在空間上的變化）。對于聲波來說，我們聽到的聲音強弱取決于聲波振幅的大小，因此當這樣的波傳入人耳時，人耳處（空間固定點）的波的振幅會隨時間變化，于是“在聽覺上會感到音量有周期性的強弱”。“一強一弱稱為一次拍”，而在單位時間內(nèi)聽到的拍數(shù)，就是拍頻。二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)（拍頻）第七十六頁，共111頁。77解：例A、B為兩個汽笛，其頻率皆為50Hz，A

靜止，B

以60m/s的速率向右運動.在兩個汽笛之間有一觀察者O，以30m/s的速度也向右運動.已知空氣中的聲速為330m/s，求：AOB1）觀察者聽到來自A的頻率2）觀察者聽到來自B的頻率3）觀察者聽到的拍頻3）觀察者聽到的拍頻二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第七十七頁，共111頁。78例題利用多普勒效應(yīng)監(jiān)測車速，固定波源發(fā)出頻率為

的超聲波，當汽車向波源行駛時，與波源安裝在一起的接收器接收到從汽車反射回來的波的頻率為.已知空氣中的聲速，求車速.

解：2）車為波源車速1）車為接收器二、聲學基礎(chǔ)——多普勒效應(yīng)第七十八頁，共111頁?！癯暉o損檢測的工作原理

金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時，就會全部或部分反射。三、超聲無損檢測技術(shù)platecrack0246810initialpulsecrackechobacksurfaceechoOscilloscope,orflawdetectorscreen第七十九頁，共111頁?！癯暀z測：使超聲波與被檢測工件相互作用，根據(jù)超聲波的反射、透射和散射行為，對被檢測工件進行缺陷檢測、幾何測量等無損檢測方法?！癯暉o損檢測特點：

①金屬、非金屬、復合材料等都可以進行無損檢測。②超聲強度低，不會對被測試件造成影響。③對人體無害，設(shè)備輕便，現(xiàn)場檢測。④缺陷大小、位置等具有一定綜合優(yōu)勢。3.1超聲波的特點第八十頁，共111頁。3.1超聲波的分類●縱波：介質(zhì)質(zhì)點振動方向與波傳播方向相反，由交變拉壓力作用，質(zhì)點間伸縮變形?！駲M波(S或T)：介質(zhì)質(zhì)點振動方向與波傳播方向垂直。有質(zhì)點間交變切應(yīng)力作用，產(chǎn)生切變形。質(zhì)點振動方向質(zhì)點振動方向波傳播方向第八十一頁，共111頁?！癖砻娌?R)：沿著介質(zhì)表面?zhèn)鬟f的波，1885年由瑞利發(fā)現(xiàn)，因此又成瑞利波。空氣固體●板波(R)：在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鬟f的超聲波，是橫波與縱波合成，振動軌跡為橢圓。對稱型板波非對稱型板波3.1超聲波的分類第八十二頁，共111頁。●頻率高，波長短，衍射不嚴重，因而具有良好的定向傳播功能，如探測魚群，潛艇；●由于頻率高，超聲波的聲強比一般聲波大?！癯暡ù┩改芰姡谝后w、固體中衰減很小?！癯暡ㄓ龅诫s質(zhì)或介質(zhì)分界面時候，有顯著反射，實現(xiàn)無損探傷。3.2超聲波的特點第八十三頁，共111頁。具有波特性－反射、透射、折射、散射等①超聲波垂直入射到平面上的反射與透射超聲波在傳播過程中遇到異介質(zhì)面時，產(chǎn)生反射與透射，反射波與透射波強度按比例分配，由聲壓反射率和聲壓透射率決定。3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十四頁，共111頁?！衤晧悍瓷渎剩航缑嫔戏瓷洳ǖ穆晧篜r與入射波的聲壓P0的比值，用符號r表示?！衤晧和干渎剩航缑嫔贤干洳ǖ穆晧篜t與入射波的聲壓P0的比值，用符號t表示。3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十五頁，共111頁?！衤晱姺瓷渎剩航缑嫔戏瓷洳ǖ穆晱奍r與入射波的聲強I0的比值，用符號R表示。●聲強透射率：界面上透射波的聲強It與入射波的聲強I0的比值，用符號T表示。3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十六頁，共111頁。②薄層界面：發(fā)生多次反射與透射，可能相互干涉，其反射率和透射率較復雜。第一介質(zhì)第二介質(zhì)第三介質(zhì)3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十七頁，共111頁。當?shù)谝?、三介質(zhì)為同一種介質(zhì)時候，異質(zhì)薄層聲壓反射率(r)和透射率(t)分別為：d2異質(zhì)薄層厚度；λ2異質(zhì)薄層內(nèi)波長；m兩種介質(zhì)的聲阻抗之比，Z1/Z2;3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十八頁，共111頁。③超聲波傾斜入射到平界面上的反射與折射－傳播模式將發(fā)生改變（例如：縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波），傳輸速率發(fā)生變化。斯涅耳定律：α－入射角；β－折射角；γ－反射角；L－縱波；S－橫波；C－聲速；1，2代表介質(zhì)。3.3超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第八十九頁，共111頁。根據(jù)指示量，分為三類－

●聲的穿透能量，又稱為穿透法，與缺陷面積、波束面積之比、缺陷與波束取向等都有關(guān)系，須從工件兩側(cè)接近，應(yīng)用不廣：

●頻率可變的超聲波形成駐波，主要用于測量厚度，現(xiàn)在已經(jīng)不太使用?！穹瓷渎暡ǖ姆群瓦\行時間，常用于脈沖反射法，是最常用方法，分為A，B，C型。3.3超聲波檢測儀器第九十頁，共111頁?！馎型顯示儀：用于顯示反射面在工件中的埋藏深度和反射信號幅度。根據(jù)反射波的時間基線位置可以確定反射波與超聲波入射面之間距離；根據(jù)反射波幅度可以確定大小。同步電路發(fā)射電路時基電路接收放大電路示波器x向y向3.3超聲波檢測儀器（A掃描）第九十一頁，共111頁?！馚型顯示儀：顯示反射面在工件縱截面上的分布。反映二維平面圖象；反射波通過光點亮度反映大??；同步電路發(fā)射電路Y向掃描電路接收放大電路示波器x向y向柵級3.3超聲波檢測儀器（B掃描）第九十二頁，共111頁?！馛型顯示儀：反映反射面在平面視圖上的分布。反射波亮度在電子深門之內(nèi)，被調(diào)節(jié)點亮顯示，通過各種色彩實現(xiàn)深度表達。同步電路發(fā)射電路Y向掃描電路接收放大電路示波器x向y向柵級電子深門3.3超聲波檢測儀器（B掃描）第九十三頁，共111頁。●產(chǎn)生超聲振動，發(fā)射超聲波，以及可以接受超聲波的器件叫超聲換能器。其中，接收超聲波的部分（接收器）可稱為探頭。

●目前，常用的超聲換能器有壓電片、電磁聲器件和激光聲器件，其中，常用的壓電型探頭。換能：能量一種轉(zhuǎn)換方式，例如：機械能轉(zhuǎn)換為電能。這里，將其它形式能量轉(zhuǎn)換為超聲振動，或者將超聲振動轉(zhuǎn)換為其它形式能量。3.4超聲波換能器與探頭第九十四頁，共111頁?！駢弘姄Q能超聲探頭壓電片：接受激勵電信號，產(chǎn)生振動發(fā)射超聲波；受迫變形，產(chǎn)生電信號。外殼壓電片耐磨板連接線直射聲束接觸壓電探頭外殼壓電片耐磨板連接線斜射聲束（橫波）接觸型壓電探頭3.4超聲波換能器與探頭第九十五頁，共111頁?！翊胖律炜s換能器

－如鐵、鈷、鎳等鐵磁材料桿狀物，在軸向施加磁場，會產(chǎn)生機械應(yīng)變，這種效應(yīng)稱為磁致伸縮效應(yīng)或焦耳效應(yīng)，這種效應(yīng)是可逆的。鐵磁桿極化電路激勵電路idi03.4超聲波換能器與探頭第九十六頁，共111頁?！窦す獬晸Q能器在時間T內(nèi)，由激光器發(fā)射N個脈沖到材料表面，靠近表面的材料出現(xiàn)交替膨脹和收縮，并轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械振動?？諝怃摷す馐v波橫波000090909090玻璃條3.4超聲波換能器與探頭第九十七頁，共111頁?！耠姶懦晸Q能器利用電磁感應(yīng)原理激發(fā)超聲波。在靠近被測金屬表面的線圈中通以高頻電流，被測金屬中會感生出一個相同頻率的渦流場，感生渦流場在外加磁場的作用下，產(chǎn)生相同頻率的洛倫茲力，作用于金屬的晶格上，使晶格產(chǎn)生周期性的振動，從而激發(fā)超聲波。3.4超聲波換能器與探頭第九十八頁，共111頁?！裣嗫仃嚦晸Q能器

相控陣超聲檢測探頭是由多個晶片組成的換能器陣列,陣列單元在發(fā)射電路激勵下以可控的相位激發(fā)出超聲,并使超聲聲束在確定的聲域處聚焦。

3.4超聲波換能器與探頭第九十九頁，共111頁。①超聲波檢測方法：脈沖反射法、穿透法和共振法?！衩}沖反射法：