第二十章機(jī)械波的傳播規(guī)律(編輯修改稿)
2024-08-28 13:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ????uxtVAWWW pk ??? 222 s i n)( ?pk WW ???????????uxtVAWWW pk ??? 222 s i n)( ?討論： (1) 在波動(dòng)傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動(dòng)能、 勢(shì) 能、總機(jī)械能均隨 x, t 作 周期性變化 ，且變化 是同位相的 。 pk WW ???????????uxtVAWWW pk ??? 222 s i n)( ?討論： ?體積元在 平衡位置 時(shí)，動(dòng)能、勢(shì)能和總機(jī)械能均 最大 。 ?體積元的 位移最大 時(shí)，三者均 為零 。 pk WW ???????????uxtVAWWW pk ??? 222 s i n)( ?討論： (2) 任一體積元都在不斷地接受和放出能量，即不斷地傳播能量。 任一體積元的能量不守恒 。 能量密度 : 單位體積內(nèi)波的 能量。 VWw??????????uxtA ???222s i n??????????uxtVAWWW pk ??? 222 s i n)( ?能量密度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。 ??Tw d tTw012221A???平均能量密度： ????????uxtAw ???222s i n?3 波動(dòng)的能量和振動(dòng)的能量的區(qū)別 波的能量 動(dòng)能和勢(shì)能同相， 且相等 同時(shí)達(dá)到最大值， 同時(shí)達(dá)到零 彈性力作功 傳遞能量 振動(dòng)能量 不同相，不相等 不同時(shí) 外力不作功， 無任何阻力作功 不能傳播能量 思考題： 一平面簡(jiǎn)諧波在彈性媒質(zhì)中傳播時(shí)，某媒質(zhì)的體積元在負(fù)的最大位移處，則該體積元的總機(jī)械能為多少？ 二、波的能流和能流密度 suwp ?能流： 單位時(shí)間通過媒質(zhì)中 某一面積的能量。 u u S 平均能流： 能流密度 (波強(qiáng)度 )： 通過垂直于波傳播方向的單 位面積的平均能流。 uwI ?2221Au ???與 成正比。 22A?2221 Aw ???平面波 在媒質(zhì)中傳播時(shí)，若媒質(zhì)是均勻的，且不吸收能量，則振幅 A保持不變。 球面波 在均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中各處質(zhì)元的振幅與該處到波源的距離成反比。 222121 44 IrIr ?? ?2AI ? rA1?三、波的吸收 平面波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，若有 部分能量被媒質(zhì)吸收，則波的 強(qiáng)度 I 或振幅就會(huì)減小。 A AdA dx 定義：媒質(zhì)對(duì)波的吸收系數(shù) ? A d xdA ???? 與媒質(zhì)種類、波的頻率有關(guān)。 dx — 波通過媒質(zhì)的厚度。 A AdA dx xxeIIeAA??200????設(shè) x = 0時(shí)， A=A0， 則任一位置 x 處： 四、聲波 聲波 : 彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械縱波。 可聞聲波： 20~~20220Hz， 次聲波： 低于 20Hz， 超聲波 ： 高于 20220Hz。 2 聲壓、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí) 聲壓隨空間和時(shí)間作周期性 變化。 ? ?txpp ,?聲壓： 媒質(zhì)中有聲波傳播時(shí)的壓力與無聲波時(shí)的靜壓力之差。 ???????????????????????????????2c oss i n?????uxtPuxtAuPmAup m ???—— 聲壓振幅 聲強(qiáng) ：聲波的強(qiáng)度，即聲波的平均能流密度。 upuAI m???2222121?? 聽覺閾 ：能引起聽覺的最低聲強(qiáng)。 2120 /10 mWI??聲強(qiáng)級(jí)： 用來描述聲強(qiáng)的強(qiáng)弱 。 2212/1/10 mWmW ??2/1 mWIm ?可聞聲波聲強(qiáng)范圍： 痛覺閾 ：能引起聽覺的最 高聲強(qiáng)。 以 為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)。 0I)(l o g0B e lIIL ?)(l o g100dbIIL ?分貝 例： (p575)《 三國(guó)演義 》 中有張飛喝斷當(dāng)陽橋的故事。設(shè)張飛大喝一聲聲強(qiáng)級(jí)為 140dB，頻率為 400Hz。 （ 1）張飛喝聲的聲壓幅和振幅各是多少？ （ 2）如果一個(gè)士兵的喝聲聲級(jí)是 90dB，張飛一聲喝相當(dāng)于多少士兵同時(shí)大喝一聲？ 解： )(lo g100dbIIL ?（ 1）以 I 表示張飛喝聲的聲強(qiáng)，則 0lg1014 0II?uIp m ?2?)/(1 0 010 2140 mWII ???)/( 22 mN??????空氣質(zhì)元的振幅： Aup m ???)(21 4muIA ????? ???（ 2）以 I1表示每一士兵喝聲的聲強(qiáng) )/(1010 23901 mWII ????5311010100???II相當(dāng)于十萬士兵齊聲大喝。 167。 204 波的衍射 ?波的衍射：波能繞過 障礙物 其傳播方向發(fā)生偏離的現(xiàn)象。 惠更斯原理 ：波在媒質(zhì)中傳播到的各點(diǎn)，都可看成發(fā)射子波的波源，子波的包跡就決定了新的波陣面 。 惠更斯原理示意圖 t 時(shí)刻波陣面 t+?t 時(shí)刻波陣面 u?t t 時(shí)刻波陣面 u?t t+?t 時(shí)刻波陣面 167。 205 波的干涉 一、波的疊加原理 任意兩列或幾列波同時(shí)在一種媒質(zhì)中傳播時(shí)，在波的相遇區(qū)域媒質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是每列波在該點(diǎn)引起分振動(dòng)的合成。 相遇后， 每列波特性（頻率、 波長(zhǎng)、振動(dòng)方向）不變 ，仍沿 原來各自的方向繼續(xù)傳播。 當(dāng)兩列（或幾列）（ 1） 頻率相同、（ 2）振動(dòng)方向相同、（ 3）位相相同或位相差恒定 的波（相干波源）在媒質(zhì)中疊加時(shí)，可形成某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng)，而某些地方振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象，稱為波的干涉 。 二、波的干涉 強(qiáng)調(diào)： 相干波（相干波源）必須滿足： 頻率相同、振動(dòng)方向相同、位相相同或位相差恒定 —— 相干條件。 設(shè) S S2 為兩個(gè)相干波源 S1 S2 P r1 r2 )c o s ()c o s (202020101010????????tAytAyurtt 1??urtt 2??S1 S2 P r1 r2 ??????????????????202221011122????????rtAyrtAyc osc osP點(diǎn)的振動(dòng)方程： ? ??? ???? tAyyy c o s21????
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