大学物理波动.ppt
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1、第五章第五章 波波 动动5.1 机械波的产生和传播机械波的产生和传播 弹性媒质和波源弹性媒质和波源(机械波产生的条件)(机械波产生的条件)弹性媒质:弹性媒质: 相邻媒质质元间由弹性力互相联系。相邻媒质质元间由弹性力互相联系。波源:波源: 作机械振动的振源。作机械振动的振源。 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力,将振动传播开去,从而形成机械波。力,将振动传播开去,从而形成机械波。 波动是振动状态的传播,是能量的传播,波动是振动状态的传播,是能量的传播,而不是质点的传播。而不是质点的传播。机械机械振动振动在弹性在弹性媒质媒质中的传播中的传播一一 波及描述波的
2、几个有关概念波及描述波的几个有关概念(1)机械波:)机械波:(1) 质元并未质元并未“随波逐流随波逐流” 波的传播不是媒质质波的传播不是媒质质元的传播元的传播(2) “上游上游”的质元的质元依依次带动次带动“下游下游”的质元的质元振动振动软绳软弹簧波的传播方向质点振动方向波的传播方向质点振动方向 在机械波中,横波只能在固体中出现;纵波可在气在机械波中,横波只能在固体中出现;纵波可在气体、液体和固体中出现。空气中的声波是纵波。液体表体、液体和固体中出现。空气中的声波是纵波。液体表面的波动情况较复杂,不是单纯的纵波或横波。面的波动情况较复杂,不是单纯的纵波或横波。横波:横波:纵波纵波地震波地震波
3、地震波从震源以弹性波的形式向四面八方传播。地震波在地球地震波从震源以弹性波的形式向四面八方传播。地震波在地球内部传播时称为体波,当它到达地表,即产生沿地表(界面)传播内部传播时称为体波,当它到达地表,即产生沿地表(界面)传播的波,称为面波。的波,称为面波。 地震波在地球内部(地震波在地球内部(体波)体波)的传播有纵波的传播有纵波(P 波)波)和横波和横波(S 波)波)两种形式,并且纵波两种形式,并且纵波(P 波)波)的传播速度比横波的传播速度比横波(S 波)波)的传播速度的传播速度快(前者的速度在地壳内是快(前者的速度在地壳内是 5 km /s,在地幔深处是在地幔深处是14 km /s,而后者
4、而后者的速度是的速度是 3 km /s 8 km /s)。)。 当地震发生时,如果人站在震源正上方的地面上,会感觉到先当地震发生时,如果人站在震源正上方的地面上,会感觉到先上下颠(纵波引起的感觉)然后横向摇(横波引起的感觉)。上下颠(纵波引起的感觉)然后横向摇(横波引起的感觉)。地球內部地震波速度分布图地球內部地震波速度分布图 横波是地震时造成建筑物破坏的横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。主要原因。 发生较大的近震时,一般人们先感到发生较大的近震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。有很强的水平晃动。 地震的纵波和横波间的时间差
5、地震的纵波和横波间的时间差自救时间自救时间 日本日本 “(2004年)新潟县中越地震年)新潟县中越地震”。在地震中,新干。在地震中,新干线发生了脱轨事故,这是日本新干线开通线发生了脱轨事故,这是日本新干线开通40年以来首次,为此年以来首次,为此日本舆论普遍对新干线应对地震等突发灾害时的安全性提出了日本舆论普遍对新干线应对地震等突发灾害时的安全性提出了质疑。质疑。 地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步。这地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步。这样,发生较大的近震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒样,发生较大的近震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。
6、这一点非常重要,因到十几秒后才感到有很强的水平晃动。这一点非常重要,因为纵波给我们一个警告,告诉我们造成建筑物破坏的横波马为纵波给我们一个警告,告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了,快点作出防备。上要到了,快点作出防备。 据称日本新干线所采用的系统会让列车在地震发生时,利用据称日本新干线所采用的系统会让列车在地震发生时,利用地震的纵波和横波间的时间差自动停止运行,地震的纵波和横波间的时间差自动停止运行, 但是,由于此次新潟地震属于纵波和横波几乎同时到来的直下但是,由于此次新潟地震属于纵波和横波几乎同时到来的直下型浅源地震,因此在列车制动前地震就已袭来,日本新干线相关型浅源地震,因此在列车制动
7、前地震就已袭来,日本新干线相关负责人对于此后如何应对仍未想出最好的办法。负责人对于此后如何应对仍未想出最好的办法。 波线:波线:沿波的传播方向作的一些带箭头的线。波线的指沿波的传播方向作的一些带箭头的线。波线的指向表示波的传播方向。向表示波的传播方向。波阵面:波阵面:在波动过程中,把振动相位相同的点连成的在波动过程中,把振动相位相同的点连成的面面( (简称波面简称波面) )。波前:波前:在任何时刻,波面有无数多个,最前方的波面在任何时刻,波面有无数多个,最前方的波面即是波前。波前只有一个。即是波前。波前只有一个。平面波:平面波:波面为平面波面为平面球面波:球面波:波面为球面波面为球面3. 波阵
8、面和波射线波阵面和波射线平面波平面波波线波线波波阵阵面面球面波球面波波波阵阵面面波线波线147101323568911124T2T43TT0波的特征:(1):波是大量媒质质元的集体行为。单位时间内质点振动的次数。单位时间内质点振动的次数。T1周期周期频率频率媒质中质点的振动周期。媒质中质点的振动周期。T二二 波的特征量波的特征量 波长波长 波速波速 频率频率 振幅振幅(2):波具有时间周期性。(3):波具有空间周期性。 沿波的传播方向,两个最邻近的振动沿波的传播方向,两个最邻近的振动状态相同的质元间的距离。称为波长,用状态相同的质元间的距离。称为波长,用 表示。表示。波长波长: (1)一个完整
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