[PPT]注冊(cè)工程師執(zhí)業(yè)資格考試普通物理之機(jī)械波動(dòng)

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)7/22/202217/22/2022-考前輔導(dǎo)注冊(cè)工程師執(zhí)業(yè)資格考試普通物理第二部分 機(jī)械波動(dòng)1本章內(nèi)容:駐波 聲波(20-20000Hz)超聲波 次聲波 多普勒效應(yīng)簡(jiǎn)諧波表達(dá)式(波動(dòng)方程) 波的能量機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播波的干涉2復(fù)習(xí)機(jī)械振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程A：振幅：角頻率時(shí)初相位振動(dòng)狀態(tài)oymk3y振動(dòng)狀態(tài)相位角度（弧度）4t=01.機(jī)械波的發(fā)生可見： “上游”的質(zhì)元依次帶動(dòng)“下游”的質(zhì)元振動(dòng)某時(shí)刻某質(zhì)元的振動(dòng)狀態(tài)將在較晚時(shí)刻于“下游”某處出現(xiàn)-波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播 “下游”點(diǎn)的相位(狀態(tài))總比“上游”點(diǎn)落后質(zhì)點(diǎn)并未隨波逐流一

2、. 機(jī)械波的基本概念正5波是相位（振動(dòng)狀態(tài)）的傳播沿波的傳播方向,各質(zhì)元的相位依次落后。x ab xu傳播方向圖中b點(diǎn)比a點(diǎn)的相位落后62.波動(dòng)特征機(jī)械波是振動(dòng)狀態(tài)(相位)在彈性媒質(zhì)中的傳播機(jī)械波是彈性媒質(zhì)中各點(diǎn)以一定的相位差的集體振動(dòng)機(jī)械波是振動(dòng)能量在彈性媒質(zhì)中的傳播橫波縱波7振源（波源）彈性媒質(zhì)3.產(chǎn)生條件橫波縱波按傳播特征分波線波面波面波線球面波平面波按波面分 平面波 球面波4.波的分類注:振動(dòng)相位相同的點(diǎn)組成的面稱為波面。8頻率.波長(zhǎng).波速頻率 :即波源的頻率波長(zhǎng) :振動(dòng)在一個(gè)周期相鄰兩同相點(diǎn)之間的距離內(nèi)傳播的距離波速u :取決于媒質(zhì)的性質(zhì)三者關(guān)系 :5.描述波的特征量91.表達(dá)式一（

3、波沿X正向傳播）處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程為振動(dòng)了t 秒，處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)了從傳到，需時(shí)X處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程為uoxy波動(dòng)方程二平面諧波的波動(dòng)方程符號(hào)規(guī)定質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)偏離平衡位置的位移 y振動(dòng)向前傳播的距離 x103.關(guān)于波動(dòng)方程與振動(dòng)方程區(qū)別寫出波動(dòng)方程的條件:uoxy2. 表達(dá)式二（波沿X負(fù)向傳播）原點(diǎn)處振動(dòng)方程波速及傳播方向+11即令 ， 得 處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程即即令 ，得 時(shí)刻的波形方程如yx孤立地看一點(diǎn)靜止地看各點(diǎn)12例 把一根十分長(zhǎng)的繩子拉成水平,用手握其一端,維持拉力恒定,使繩端在垂直于繩子的方向上作簡(jiǎn)諧振動(dòng),則(A)振動(dòng)頻率越高,波長(zhǎng)越長(zhǎng).(B)振動(dòng)頻率越低,波長(zhǎng)越長(zhǎng).(C)振動(dòng)頻率越高,波速越大.(D)

4、振動(dòng)頻率越低,波速越大.解:不變答: B媒質(zhì)確定,波速不變!13答：（C）在下面幾種說法中，正確的說法是（A）波源不動(dòng)時(shí)，波源的振動(dòng)周期與波動(dòng)的周期在數(shù)值上是不同的。（B）波源振動(dòng)的速度與波速相同。（C）在波傳播方向上的任一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)相位總時(shí)比波源的相位滯后。（D）在波傳播方向上的任一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)相位總時(shí)比波源的相位超前。例14例 一橫波沿繩子傳播，波動(dòng)方程為則A 波長(zhǎng)0.05m B 波長(zhǎng)0.5m C 波速25 m/s D 波速5 m/s 比較法 寫成標(biāo)準(zhǔn)式又u答：B15解：1.先求o處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程以L為原點(diǎn)，波動(dòng)方程為2.令x = - L例 一平面諧波沿X軸正向傳播，已知x = L 處質(zhì)點(diǎn)的 振

5、動(dòng)方程為 ， 波速 為u，則波動(dòng)方程為得答:(A)由此可求(以O(shè)為原點(diǎn))的波動(dòng)方程uyxoL16三 波的能量 波不僅是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，而且也伴隨著振動(dòng)能量的傳播。波的能量=媒質(zhì)中某體積元的振動(dòng)動(dòng)能與彈性勢(shì)能之和 體積元 dV 既振動(dòng)又變形dv17體積元內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的總能量為：設(shè)有一平面簡(jiǎn)諧波： 1）在波動(dòng)的傳播過程中，任意時(shí)刻的動(dòng)能和勢(shì)能不僅大小相等而且相位相同，同時(shí)達(dá)到最大，同時(shí)等于零。2）在波傳播過程中，任意體積元的波能量不守恒。意義：3）任一體積元的波能量在一周期內(nèi)“吞吐”（吸收放出）兩次，這正是傳播能量的表現(xiàn)。吸放dW018例 一平面簡(jiǎn)諧波在彈性媒質(zhì)中傳播，在某瞬時(shí)，媒質(zhì)中一質(zhì)元正處于平

6、衡位置，此時(shí)它的能量是（A）動(dòng)能為零，勢(shì)能最大。（B）動(dòng)能為零，勢(shì)能為零。（C）動(dòng)能最大，勢(shì)能最大。（D）動(dòng)能最大，勢(shì)能為零。答（C）動(dòng)能為零勢(shì)能為零19能量密度: 單位體積內(nèi)的能量稱為能量密度平均能量密度: 能量密度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值.能流密度: 單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于波動(dòng)傳播方向上單位 面積的平均能量，叫做波的平均能流密度, 也稱之為波的強(qiáng)度.20例: 一簡(jiǎn)諧空氣波沿截面積為S的圓柱形管傳播， 波的強(qiáng)度為I，波速為v，波長(zhǎng)為，則管內(nèi) 相距半個(gè)波長(zhǎng)的兩截面之間的平均能量為 B21四、波的干涉波的干涉現(xiàn)象幾列相干波在媒質(zhì)中傳播，空間各點(diǎn)有的振幅始終最大，有的振幅始終最小，此稱為干涉相干波源：相

7、同的頻率、振動(dòng)方向相同、恒定的相位差22傳播到 P 點(diǎn)引起的振動(dòng)分別為： 在 P 點(diǎn)的振動(dòng)為同方向同頻率振動(dòng)的合成。設(shè)有兩個(gè)相干波源 和發(fā)出的簡(jiǎn)諧波在空間p點(diǎn)相遇。 合成振動(dòng)為：其中：干涉加強(qiáng)或減弱的條件波源的振動(dòng)方程為23干涉極大極小所滿足的的條件：說明： 稱為波程差干涉極大點(diǎn)、極小點(diǎn)不止一個(gè)。干涉極大點(diǎn)、極小點(diǎn)應(yīng)滿足上述條件式隱函數(shù)式中干涉極大干涉極小24五 特殊的干涉現(xiàn)象：駐波1、發(fā)生條件：兩列振幅相同的相干波，在同一直線上沿相反方向傳播25駐波2、特征：無行走之波形兩波節(jié)之間的點(diǎn)相位相同3.波節(jié)波腹波節(jié)X=026例:頻率為的駐波,若其相鄰兩波節(jié)間的距離為d, 則該駐波的波長(zhǎng)和波速分別是

8、A. d d B. 2d d C. d 2 d D. 2d 2 d D 27波源和觀察者都相對(duì)于介質(zhì)靜止時(shí),觀察者接收到的頻率與波源的頻率相同.如果波源或觀察者或兩者同時(shí)相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng),則觀察者接收到的頻率就不同于波源的頻率,這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在日常生活中的常有表現(xiàn)有：站在鐵路邊上看到鳴笛的火車駛來，笛聲尖銳，火車離去時(shí)，笛聲變低。六.多普勒效應(yīng)28設(shè)聲源和觀察者在同一直線上運(yùn)動(dòng)聲波在介質(zhì)中傳播的速度為 u聲源的頻率為觀察者接收到的頻率為聲源(相對(duì)于介質(zhì))的運(yùn)動(dòng)速度為觀察者(相對(duì)于介質(zhì))的運(yùn)動(dòng)速度為遠(yuǎn)離取負(fù)號(hào)遠(yuǎn)離取正號(hào)波源向著觀察者運(yùn)動(dòng) 時(shí) 前取負(fù)號(hào)觀察者向著聲源運(yùn)動(dòng) 時(shí) 前取

9、正號(hào)X29聲源:警車觀察者:客車=3303301525觀察者背離聲源運(yùn)動(dòng)聲源向著觀察者運(yùn)動(dòng)800=826答:D(A)710HZ (B)777HZ (C)905HZ (D)826HZ例一警車以 25 m/s 的速度在靜止的空氣中追趕一輛速度為 15 m/s 的客車,若警車警笛聲的頻率為800HZ,空氣中聲速u=330m/s,則客車上人聽到的警笛聲波的頻率為警客301、機(jī)械波波動(dòng)方程為則（A）振幅A為3m（B）周期T為1/3s（C）波速u為10m/s與 對(duì)比A=0.03m=6u=1/0.01=100(m/s)(B)練習(xí)解：312、在簡(jiǎn)諧波傳播過程中，沿波傳播方向相距為/2的兩點(diǎn)的振動(dòng)速度必定兩點(diǎn)的

10、振動(dòng)速度的位相差（A）大小相同，方向相反（B）大小和方向均相同（C）大小不同，方向相同（D）大小不同，方向相反兩點(diǎn)的振動(dòng)速度相位相反且大小相同（A）解：323、一平面簡(jiǎn)諧波在彈性媒質(zhì)中傳播，在媒質(zhì)質(zhì)元從最大位移處回到平衡位置的過程中，（A）它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。（B）它的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。（C）它從相鄰的一段媒質(zhì)質(zhì)元獲得能量，其能量逐漸增加。（D）它把自己的能量傳給相鄰的一段媒質(zhì)質(zhì)元，其逐漸減小。（C）注：（D）從平衡位置運(yùn)動(dòng)到最大位移處的過程中334 一平面簡(jiǎn)諧波在t 時(shí)刻波形曲線如圖示，若此時(shí)點(diǎn)處媒質(zhì)質(zhì)元的振動(dòng)動(dòng)能在減小，則（）點(diǎn)處質(zhì)元的彈性勢(shì)能在增大（）點(diǎn)處質(zhì)元的彈性勢(shì)能在增大（）點(diǎn)處質(zhì)元的彈性勢(shì)能在增大（）波沿軸負(fù)向傳播yox解：點(diǎn)處質(zhì)元?jiǎng)幽茉跍p