全国勘察设计注册工程师执业资格考试公共基础考试注册物理机械波.ppt

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1、大纲要求：机械波的产生和传播 简谐波表达式 描述波的特征量 波阵面 波前 波线 波的能量 能流 能流密度 波的衍射 波的干涉 驻波 声波 声强级 多普勒效应,第三部分 机械波,一. 机械波的基本概念,振源（波源）,弹性媒质,1.机械波产生条件,2.波动特征,机械波是振动状态(相位)在弹性媒质中的传播,机械波是弹性媒质中各点以一定的相位差的集体振动,机械波是振动能量在弹性媒质中的传播,质点并未随波逐流,横波,纵波,按传播特征分,球面波,平面波,按波面分 平面波 球面波,3.波的分类,频率 :即波源的频率,波长 :振动在一个周期,内传播的距离,波速u :取决于媒质的性质,三者关系 :,4.描述波的

2、特征量,1.表达式一（波沿X正向传播）,X处质点振动方程为,二平面谐波的波动方程,符号规定,质点振动偏离平衡位置的位移 y,振动向前传播的距离 x,处质点振动方程为,2. 表达式二（波沿X负向传播）,即令 ，得 处质点的振动方程,即,即令 ，得 时刻的波形方程,3.物理意义：孤立地看一点,静止地看各点,解:,不变,答: B,媒质确定,波速不变!,答：（C）,例3： 一横波沿绳子传播，波动方程为,则,（A） 波长0.05m （B） 波长0.5m,（C） 波速25 m/s （D） 波速5 m/s,比较法 写成标准式,又,u,答：B,例4：在简谐波传播过程中，沿波传播方向相距为/2 的两点的振动速度

3、必定,（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,答:(A),例5：一平面简谐波沿x轴正向传播，振幅为A=0.02m ，周期T=0.5s ，波长=100m ，原点处质元初相位=0 ，则波动方程的表达式：,答:(B),(2012考题）,例6：（2013考题）一平面简谐波的波动方程为,（SI），则在,时刻，处于平衡位置，且与坐标原点,最近的质元的位置是：,答:(C),三、 波的能量,波的能量=媒质中某体积元的振动动能与弹性势能之和,体积元内媒质质点的总能量为：,设有一平面简谐波：,（1）在波动的传播过程中，任意时刻的动能和势能不仅大小相等而

4、且相位相同，同时达到最大，同时等于零。,（2）在波传播过程中，任意体积元的波能量不守恒。,物理意义：,（3）任一体积元的波能量在一周期内“吞吐”（吸收 放出）两次，这正是传播能量的表现。,答（C）,动能为零势能为零,例8：一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元 从最大位移处回到平衡位置的过程中,（A）它的动能转化为势能。,（B）它的势能转化为动能。,（C）它从相邻的一段媒质质元获得能量，其能量 逐渐增加。,（D）它把自己的能量传给相邻的一段媒质质元，其 逐渐减小。,（C）,注：（D）从平衡位置运动到最大位移处的过程中,能量密度: 单位体积内的能量称为能量密度,平均能量密度: 能量密度在一个周

5、期内的平均值.,能流密度: 单位时间内通过垂直于波动传播方向上单位 面积的平均能量，叫做波的平均能流密度, 也称之为波的强度.,例9: 一简谐空气波沿截面积为S的圆柱形管传播， 波的强度为I，波速为v，波长为，则管内 相距半个波长的两截面之间的平均能量为, ,B,四、波的干涉,波的干涉现象,几列相干波在媒质中传播，空间各点有的振幅始终最大，有的振幅始终最小，此称为干涉,合成振动为：,其中：,21, 称为波程差,干涉极大点、极小点不止一个。,式中,干涉极大,干涉极小,五 、特殊的干涉现象：驻波,2、特征：无行走之波形，存在波腹和波节。两波节 之间的点相位相同。,3、,波节,波腹,波节,X=0,2

6、5,例10: 频率为的驻波,若其相邻两波节间的距离为d, 则该驻波的波长和波速分别是A. d d B. 2d d C. d 2 d D. 2d 2 d, D ,六、声波、声强级,2 声强就是声波的能流密度,1 声波（20-20000Hz）,3 声强级,我们把正常人能听到的最低声强作为测定声强的标准，用I0表示，声强级L定义为：,1贝尔=10分贝,例11： 两人轻声谈话的声强级为 ，热闹市场上噪 音的声强级为 ，市场上声强与轻声谈话的 声强之比为：,（A）2 （B）20 （C）,（D）, D ,(2013考题）,28,波源和观察者都相对于介质静止时,观察者接收到的频率与波源的频率相同.如果波源或

7、观察者或两者同时相对于介质运动,则观察者接收到的频率就不同于波源的频率,这种现象称为多普勒效应。多普勒效应在日常生活中的常有表现有：站在铁路边上看到鸣笛的火车驶来，笛声尖锐，火车离去时，笛声变低。,七、多普勒效应,29,设声源和观察者在同一直线上运动,声波在介质中传播的速度为 u,声源的频率为,观察者接收到的频率为,声源(相对于介质)的运动速度为,观察者(相对于介质)的运动速度为,远离取负号,远离取正号,波源向着观察者运动 时 前取负号,声源:警车,观察者:客车,330,330,15,25,观察者背离声源运动,声源向着观察者运动,800,=826,答:D,(A)710HZ (B)777HZ (C)905HZ (D)826HZ,例12：,一警车以 25 m/s 的速度在静止的空气中追赶,一辆速度为 15 m/s 的客车,若警车警笛声的频率为800HZ,空气中声速u=330m/s,则客车上人听到的警笛声波的频率为,