学科教师辅导讲义
（4）三者关系：________________________________________ 2、波动图像：表示在波的传播方向上，介质中的各个质点在________________相对平衡位置的________。当波源作简谐运动时，它在介质中形成简谐波，其波动图像为正弦或余弦曲线. （1）由波的图像可获取的信息 ①从图像可以直接读出振幅（注意单位）. ②从图像可以直接读出波长（注意单位）. > ③可求任一点在该时刻相对平衡位置的位移（包括大小和方向） ④可以确定各质点振动的加速度方向（加速度总是指向平衡位置） ⑤在波速方向已知（或已知波源方位）时可确定各质点在该时刻的振动方向. （2）波动图像与振动图像的比较： 振动图象波动图象研究对象一个振动质点沿波传播方向所有的质点 一个质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律@ 研究内容 图象 物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移 随时间推移，图象沿传播方向平移图象变化， 随时间推移图象延续，但已有形状不 变 一个完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长 例3、一列简谐波在x轴上传播，其波形图如图7-32-4所示，其中实线，虚线分别表示t1=0，t2=时的波形，求⑴这列波的波速 ⑵若波速为280m/s,其传播方向如何此时质点P从图中位置运动至波谷位置 的最短时间是多少 :
练习2、如图7-32-5所示，甲为某一波在t=时的图象，乙为对应该波动的P质点的振动图象。 ⑴说出两图中AA’的意义 ⑵说出甲图中OA’B图线的意义 ⑶求该波速v= ⑷在甲图中画出再经时的波形图。 % ⑸求再经过时P质点的路程s和位移。 练习题： 1.在波的传播过程中，下列有关介质中质点的振动说法正确的是( ) A．质点在介质中做自由振动 B．质点在介质中做受迫振动 · C．各质点的振动规律都相同 D．各质点的振动速度都相同 2.下列关于横波与纵波的说法中，正确的是( ) A．振源上下振动形成的波是横波 B．振源左右振动形成的波是纵波 C．振源振动方向与波的传播方向相互垂直，形成的是横波 D．在固体中传播的波一定是横波 3.传播一列简谐波的介质中各点具有相同的( )
! TM波FDTD讨论平面波源的加入 module data_module implicit none integer,parameter::nx0=0,nx1=360,ny0=0,ny1=360,nz0=-100,nz1=1200 integer,parameter::nxl1=nx0+80,nxl2=nx1-80,nyl1=ny0+80,nyl2=ny1-80 !连接边界 real,parameter::f=2.0e8,c=3.0e8,delt=0.0177,deltt=delt/6.0e8,eps0=8.85e-12,miu0=1.2566e-6,pi= 3.14159 real,parameter::w=2*pi*f,s=-0.477369 real,parameter::p=-1.0/3.0,q=-miu0*c/6,r=-miu0*c/2,p1=1/(2*miu0*c),p2=1/(2*eps0*c) real,parameter::tal=2e-9,t0=0.8*tal,fai=pi/3.0 real cez,chx,chy integer,parameter::nt=2000,m0=200 integer n complex Ez3(nx0:nx1,ny0:ny1) real Ez4(nx0:nx1,ny0:ny1),Ez2(nx0:nx1,ny0:ny1) !记录幅值提取时的实部和虚部 real sita(nx0:nx1,ny0:ny1),Ez0(nx0:nx1,ny0:ny1) !记录幅值和相位 real Ez(nx0:nx1,ny0:ny1),Hx(nx0:nx1,ny0:ny1),Hy(nx0:nx1,ny0:ny1),Ez1(nx0:nx1,ny0:ny1) real Ei0(nz0:nz1),Hi0(nz0:nz1),Ei1(nz0:nz1) real Ezi(nx0:nx1,ny0:ny1),Hxi(nx0:nx1,ny0:ny1),Hyi(nx0:nx1,ny0:ny1) end module data_module !///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// subroutine inc() use data_module implicit none integer i,j,k real t,d t=n*deltt Ei1=Ei0 do k=nz0,nz1-1 Hi0(k)=Hi0(k)-p1*(Ei1(k+1)-Ei1(k)) end do !Ezi do i=nxl1,nxl2 do j=nyl1,nyl2 d=real(i-nxl1)*cos(fai)+real(j-nyl1)*sin(fai) Ezi(i,j)=(d-int(d))*Ei0(m0+int(d)+1)+(1-(d-int(d)))*Ei0(m0+int(d)) end do end do do k=nz0+1,nz1-1 Ei0(k)=Ei1(k)-p2*(Hi0(k)-Hi0(k-1)) ! 入射波的场量 end do
第二章地震波运动学理论 一、名词解释 1. 地震波运动学：研究在地震波传播过程中的地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，即研究波的传播规律，以及这种时空关系与地下地质构造的关系。 2. 地震波动力学：研究地震波在传播过程中波形、振幅、频率、相位等特征的及其变化规律，以及这些变化规律与地下的地层结构，岩石性质及流体性质之间存在的联系。 3. 地震波：是一种在岩层中传播的，频率较低(与天然地震的频率相近)的波，弹性波在 岩层中传播的一种通俗说法。地震波由一个震源激发。 4. 地震子波：爆炸产生的是一个延续时间很短的尖脉冲，这一尖脉冲造成破坏圈、塑性带，最后使离震源较远的介质产生弹性形变，形成地震波，地震波向外传播一定距离后，波形逐渐稳定，成为一个具有2-3个相位（极值）、延续时间60-100毫秒的地震波，称为地震子波。地震子波看作组成一道地震记录的基本元素。 5.波前：振动刚开始与静止时的分界面，即刚要开始振动的那一时刻。 6.射线：是用来描述波的传播路线的一种表示。在一定条件下，认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所观测的一点P。这是一条假想的路径，也叫波线。射线总是与波阵面垂直，波动经过每一点都可以设想有这么一条波线。 7. 振动图和波剖面：某点振动随时间的变化的曲线称为振动曲线，也称振动图。地震勘探中，沿测线画出的波形曲线，也称波剖面。 8. 折射波：当入射波大于临界角时，出现滑行波和全反射。在分界面上的滑行波有另一种特性，即会影响第一界面，并激发新的波。在地震勘探中，由滑行波引起的波叫折射波，也叫做首波。入射波以临界角或大于临界角入射高速介质所产生的波 9.滑行波：由透射定律可知，如果V2>V1 ，即sinθ2 > sinθ1 ，θ2 > θ1。当θ1还没到90o时，θ2 到达90o，此时透射波在第二种介质中沿界面滑行，产生的波为滑行波。 10.同相轴和等相位面：同向轴是一组地震道上整齐排列的相位，表示一个新的地震波的到达，由地震记录上系统的相位或振幅变化表示。 11.地震视速度：当波的传播方向与观测方向不一致(夹角θ)时，观测到的速度并不是波前的真速度V，而是视速度Va。即波沿测线方向传播速度。 12 波阻抗：指的是介质(地层)的密度和波的速度的乘积(Zi=ρiVi，i为地层)，在声学中称为声阻抗，在地震学中称波阻抗。波的反射和透射与分界面两边介质的波阻抗有关。只有在Z1≠Z2的条件下，地震波才会发生反射，差别越大，反射也越强。 13.纵波：质点振动方向与波的传播方向一致，传播速度最快。又称压缩波、膨胀波、纵波或P-波。 14.横波：质点振动方向与波的传播方向垂直，速度比纵波慢，也称剪切波、旋转波、横波或S-波，速度小于纵波约0.7倍。横波分为SV和SH波两种形式。 15.体波：波在无穷大均匀介质(固体)中传播时有两种类型的波（纵波和横波），它们在介质的整个立体空间中传播，合称体波。 16共炮点反射道集：在同一炮点激发，不同接收点上接收的反射波记录，称为共炮点道集。在野外的数据采集原始记录中，常以这种记录形式。可分单边放炮和中间放炮。 17.面波：波在自由表面或岩体分界面上传播的一种类型的波。 18.纵测线和非纵测线：激发点与接收点在同一条直线上，这样的测线称为纵测线。用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。激发点不在测线上，用非纵测线进行观测得到的时距曲线称为非纵时距曲线。
第3章 赝势平面波方法(I) 基于密度泛函理论的赝势平面波方法可以计算很大范围不同体系的基态属性，它采用了平面波来展开晶体波函数，用赝势方法作有效的近似处理。由于平面波具有标准正交化和能量单一性的特点，对任何原子都适用且等同对待空间中的任何区域，不需要修正重叠误差。因此平面波函数基组适合许多体系，其简单性使之成为求解Kohn-Sham 方程的高效方案之一。另外，赝势的引入可以保证计算中用较少的平面波数就可以获得较为可靠的结果。该方法具有较高的计算效率，使之日益发展成为有效的计算方法。本章首先对赝势平面波方法进行重点讨论，其次介绍了基于第一性原理计算软件一般步骤，最后结合Materials Studio 软件包应用，对锐钛矿型TiO 2(101)表面及其点缺陷结构进行建模和计算。 3.1 基本原理 基于密度泛函理论的第一性原理计算实质是求解Kohn-Sham 方程。实际求解Kohn-Sham 方程时，由于原子核产生的势场项在原子中心是发散的，波函数变化剧烈，需要采用大量的平面波展开，因而计算成本变得非常大，所以在计算中选取尽可能少的基函数。计算中选择的基函数与最终波函数较接近则收敛较快，当然包含的维度也应该尽量少。众所周知，根据研究对象不同，选择基函数的方法也不同的，如原子轨道线性组合法(LCAO-TB)、正交平面波法(OPW)、平面波赝势法(PW-PP)、缀加平面波法(APW)、格林函数法(KKR)、线性缀加平面波法(LAPW)、Muffin-tin 轨道线性组合法(LMTO)等，选取典型代表方法在随后的章节中重点展开讨论。与LAPW ，LMTO 等精度较高的第一性原理计算方法比较，平面波赝势法是计算量较少的方法，适用于计算精度要求不严格，因原胞较复杂而导致计算量陡增加的体系。为此，本章将重点学习赝势平面波方法，先学习电子能带的平面波基底展开以及赝势等相关基本概念，然后再讨论赝势引入原理。 3.1.1 平面波展开与截断能 1. 平面波展开 平面波是自由电子气的本征函数，由于金属中离子芯与类似的电子气有很小的作用，因此很自然的选择是用它描述简单金属的电子波函数。众所周知，最简单的正交、完备的函数集是平面波exp[())i k G r +?，这里G 是原胞的倒格矢。根据晶体的空间平移对称性，布洛赫(Bloch)定理(将在第节中说明)证明，能带电子的波函数(,)r k ψ总是能够写成 (,)()exp()r k r ik r ψμ=? 式中k 是电子波矢，()r μ是具有晶体平移周期性的周期函数。对于理想晶体的计算，这是很自然的，因为其哈密顿量本身具有平移对称性，只要取它的一个原胞就行了。对于无序系统(如无定型结构的固体或液体)或表面、界面问题，只要把原胞取得足够大，以至于不影响系统的动力学性质，还是可以采用周期性边界条件的。因此，这种利用平移对称性来计算电子结构的方法，对有序和无序系统都是适用的。采用周期性边界条件后，单粒子轨道波函数可
机械波的描述 【教学目标】 知识能力目标： 1． 研究波的产生和运动过程，理解波形图和波的传播规律 2． 结合波的产生过程，利用波形图理解波的周期和频率、波长和波速计算 方法过程目标： 利用学习过的频闪照片方法，研究波形运动，培养实验探究能力 情感态度目标： 培养观察现象、分析问题的探究精神 【教学重点】 1． 机械波的传播规律 2． 机械波的描述物理量：波长、波速和周期频率 【教学难点】 1． 机械波传播过程中的波形变化规律 2． 波形运动与波上质点运动的区分 【教学流程】 【教学过程】 课题引入：上节课同学们初步研究了波的产生过程。通过学习认识到，机械波是机械振动在介质中的传播。这节课我们将以横波为研究对象，进一步探究在物理中用那些物理量来描述机械波，以及这些物理量之间存在怎样的关系。 学生实验观察：利用筷子和细绳制造一列绳波，观察波形与波形运动。（实验方法：一位同学将绳子一端固定，另一位同学用筷子在桌面上左右振动，形成绳波。 一、波的图像： 学生观察实验视频，归纳实验现象： （1）有上下起伏的波浪线 （2）波浪线在向前移动着 问题1：实验中波形运动的很快，如何看清某 个时刻的波形呢？ 由问题一引出波形图。 学生回答：牌照（定格）。 通过通过快照记录下波的图形就是波形图。 波形图记录了某个时刻波上每个质点相对于平衡位置的位移。 波形图记录了某一时刻波上每个质点的相对平衡位置的位移。 问题2：波形图图形有何特点？
学生回答：不断重复（周期性图像） 二、波的描述物理量 1． 波长（λ）： （1）波形图中，两个相邻波峰（波谷）间的距离。 学生通过观察横波演示仪：波形的产 生过程对应着振动的传递过程。当波源转 动一次时，质点链上恰好形成一个完整的 波形。 学生归纳波长的定义：波源振动一个 周期，波向前推进的距离。 同时观察到波源振动一个周期，波向 前传播一个波长的距离，半个周期波传播半个波长的距离。 问题3：波的传播是匀速的吗？如何验证这一结论？ 学生回答：利用频闪照片研究，若在相同时间内，波传播的距离相同，则波的传播是匀速的。 学生实践1：学生研究四张波形照片，测量任意 一点的运动路程，发现相同时间内运动路程相同，可 以证明波的传播是匀速的。时间间隔1/25秒。 2． 波速（v ）： 通过实验研究，我们发现在均匀介质中的传播是 匀速的。 问题4：波形在传播过程中是上下起伏的吗？ （1） 孤波演示：通过观察一列孤波的传播过 程，学生发现，波在传播过程中，波形并未如想象的一般上下起伏变化。 而是保持形状向前运动（整体平移） （2） 通过慢放实验视频，观察波形的平移。体会波形传播与生活错觉的差异。 （3） 实验中之所以容易产生波形上下起伏的错觉，原因在于我们既观察到了波 源的上下振动，有注意到向前运动的波形，将两者的运动错误的融合在一 起而形成的错觉。 问题5：波长与波速之间有何关系？ 学生回答：由于波源振动一个周期时间里，波传播的距离是一个波长，对比匀速直线运动公式，s =vt ，所以λ=vT 。 （1）由于在振源振动一个周期（T ）的时间内，波前进的距离为一个波长（λ），所以根 据匀速直线运动速度公式： f T v λλ == （2）机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，不同的介质中波速不同。 问题6：波长与波速关系式中的周期和频率是指什么运动？ 学生回答：质点振动的周期和频率。 3． 频率和周期： 所谓波的频率和周期，就是波形上每一个支点的振动周期和频率。由于波上的每一个质点都是在前一质点的带领下做受迫振动，所以所有质点的振动周期和频率均和波源相同。 学生实践2：下图是实验中的一张照片，若波源刚振动了一个周期，试画出波源再振动T/4后的波形。
地震波 地震波 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。 分类 地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。 纵波、横波 纵波，又称P波，是推进波，地壳中传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。 横波，又称S波，是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。 面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 P波和S波的实际传播速度取决于岩石的密度和内在的弹性。对线弹性物质而言，当波与运行方向无关时，波速仅取决于两个弹性性质，称为弹性模量：岩石的体积模量E和剪切模量G。
面波 当P波和S波到达地球的自由面或位于层状地质构造的界面时，在一定条件下会产生其他类型地震波。这些波中最重要的是瑞利波和勒夫波。这两类波沿地球表面传播；岩石振动振幅随深度增加而逐渐减小至零。 勒夫波 勒夫波又称Q波。是地震面波中最简单的一种类型。它们是以1912年首次描述它们的勒夫的姓名命名的。是一种表面波通过切变波在表层内的多次内反射而传播。在半无限介质之上出现低速层的情况下，一种垂直于传播方向的在水平面内振动的波。 这个类型的波使岩石质点运动类似SH波，运动没有垂向位移。岩石运动在一垂直于传播方向上在水平面内从一边到另一边。虽然勒夫波不包括垂直地面运动的波，但它们在地震中可以成为最具破坏性的，因为它们常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切。瑞利波 瑞利波Rayleighwave，瑞利面波具有相当不同的地面运动。 地震学中称其为R波或L波。于1885年首次由瑞利（LordRayleigh）描述，它们是地震波中最近似水波的。岩石质点向前、向上、向后和向下运动，沿波的传播方向作一垂直平面，质点在该平面内运动，描绘出一个椭圆。勒夫波和瑞利波的速度总比P波小，与S波的速度相
2.波的描述 学习目标：1.[物理观念]理解波的图像的意义． 2.[科学思维]能够由波的图像判断传播方向与质点振动方向的关系，由有关信息画出波的图像． 3.[科学探究]会区别波动图像和振动图像． ☆ 阅读本节教材，回答第62页“问题”并梳理必要知识点． 教材第62页问题提示：能用横坐标x表示在波传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y 表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移． 一、波的图像 1．图像的建立 如图所示，用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的平衡位置，纵坐标y表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，在xOy平面上，画出各点(x，y)，用平滑的曲线把各点连接起来就得到了波的图像． 2．图像的物理意义 波的图像描述的是某一时刻，沿波的传播方向的各个质点离开平衡位置的位移． 3．简谐波 波形图像是正弦曲线，这样的波叫作正弦波，也称为简谐波．简谐波在传播时，介质中各质点在做简谐运动． 二、波长、频率和波速 1．波长 (1)定义 在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，通常用λ表示． (2)特征 在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长．在纵波中，两个相邻疏部或两个相邻密部之间的距离等于波长． 注意：“相邻”和“振动相位总是相同的”是波长定义的关键，二者缺一不可． 2．周期、频率
(1)规律 在波动中，各个质点的振动周期或频率是相同的，它们都等于波源的振动周期或频率． (2)决定因素 波的周期或频率由波源的周期或频率决定． (3)时空的对应性 在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长． (4)周期与频率关系 周期T 与频率f 互为倒数，即f ＝1 T . 3．波速 (1)定义：波速是指波在介质中传播的速度． (2)公式：v ＝λ T ＝λf . (3)决定因素 机械波在介质中的传播速度由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速一般不同． (4)决定波长的因素：波长由波速和频率共同决定． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)波的图像描述了某一时刻各质点离开平衡位置的位移情况． (√) (2)简谐波中各质点做的是简谐运动． (√) (3)波的图像是质点的运动的轨迹． (×) (4)可以根据波的传播方向确定各质点某时刻的运动方向． (√) 2．(多选)如图所示为一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，由图像可知( ) A ．质点b 此时位移为零 B ．质点b 此时向－y 方向运动 C ．质点d 的振幅是2 cm D ．质点a 再经过T 2 通过的路程是4 cm ACD [由波形知，质点b 在平衡位置，所以其位移此时为零，故A 正确；因波向右传播，波源在左侧，在质点b 的左侧选一参考点b ′，由图知b ′在b 上方，所以质点b 此时向＋y
第六章 平面电磁波的传播 习题6.1 已知自由空间中均匀平面电磁波的电场： y e x t E )210cos(37.738 ππ-?=V/m ，求 （1）电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向。 （2）该电磁波的磁场表达式。 （3）该电磁波的坡印廷矢量和坡印廷矢量的平均值。 题意分析： 已知均匀平面电磁波的一个场量求解另一个场量，以及相关的参数，这是均匀平面波问题中经常遇到的问题。求解问题的关键在于牢记均匀平面电磁波场量表达形式的基本特点，场矢量方向和波的传播方向之间的关系以及相关公式。 解： （1）求电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向 沿x 轴正方向传播的电磁波的电场强度瞬时表达式为： y y y e x t E E )c o s (2φβω+-= 电场表达式的特点有： 电磁波角频率 8103?=πω （rad/s ） 由f πω2=，可以得到 电磁波的频率为： 8 10 5.12?==π ω f （Hz ） 电磁波在自由空间的传播速度 8103?==c v （m/s ） 电磁波的波长λ满足式 f v vT = =λ 210 5.110 38 8=??= = ∴f v λ（m ） 相位常数： πβ2= （rad/m ） 分析电磁波的传播方向： 方法一：直接判断法 比较均匀平面电磁波的电场表达式可以看出，均匀平面电磁波的电场表达式中x π2项前面的符号为“-”，该电磁波是沿x 轴正方向传播的电磁波。
方法二：分析法 电场表达式是时间t 和坐标x 的函数，若要使E 为不变的常矢量，就应使组合变量（x t ππ21038-?）在t 和x 变化时为一定值。即，当时间变量t 变为t t ?+，位置变量x 变为x x ?+时，有下式成立： )(2)(10321038 8x x t t x t ?+-?+?=-?ππππ 由上式可得： t x ??= ?π π21038 这说明在电磁波的传播过程中，随着时间的增加（0>?t ），使电场保持定值的点的坐标也在增加（0>?x ），所以电磁波的传播方向是由近及远，沿x 轴正方向逐步远离原点。 （2）求该电磁波的磁场表达式 电磁波的传播方向为x 轴正方向，电场分量为y 轴方向，根据坡印廷矢量的 定义：H E S ?=，电场，磁场以及电磁波的传播方向应遵循右手螺旋定律，所 以本题中磁场的方向应为z 轴方向，三者的方向关系下如图所示。 z 在自由空间中，正弦均匀平面电磁波的电场和磁场分量的比值为固定值，是 空间的波阻抗：Ω=3770Z ，所以磁场分量H 的表达式为： z z z e x t e x t e Z E H )210cos(31.0)210cos(3377 7.738 80ππππ-?=-?== （A/m ） （3）求该电磁波的坡印廷矢量表达式和坡印廷矢量的平均值 根据坡印廷矢量的定义：H E S ?=，得 ])210cos(31.0[])210cos(37.73[8 8z y e x t e x t H E S ππππ-??-?=?= x e x t )210(3cos 773.8 2ππ-?= （W/m 2） 坡印廷矢量的平均值：
大学物理机械波知识点总结 【篇一：大学物理机械波知识点总结】 高考物理机械波知识点整理归纳 机械振动在介质中的传播称为机械波(mechanical wave)。机械波和电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁 波由电磁振荡产生;机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的 传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波(例如光波)可以 在真空中传播;机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波;机械 波和电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它 们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。 机械振动产生机械波，机械波的传递一定要有介质,有机械振动但不 一定有机械波产生。 形成条件 波源 波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能 发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要 条件，也是电磁波形成的必要条件。 波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中 的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。介质 广义的介质可以是包含一种物质的另一种物质。在机械波中，介质 特指机械波借以传播的物质。仅有波源而没有介质时，机械波不会 产生，例如，真空中的闹钟无法发出声音。机械波在介质中的传播 速率是由介质本身的固有性质决定的。在不同介质中，波速是不同的。
下表给出了0℃时，声波在不同介质的传播速度，数据取自《普通高 中课程标准实验教科书-物理(选修3-4)》(2005年)[1]。单位v/m s^- 1 传播方式和特点 质点的运动 机械波在传播过程中，每一个质点都只做上下(左右)的简谐振动，即，质点本身并不随着机械波的传播而前进，也就是说，机械波的一质 点运动是沿一水平直线进行的。例如：人的声带不会随着声波的传 播而离开口腔。简谐振动做等幅震动,理想状态下可看作做能量守恒 的运动.阻尼振动为能量逐渐损失的运动. 为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现已绳波(右下图)为例进 行介绍，其他形式的机械波同理[1]。 绳波是一种简单的横波，在日常生活中，我们拿起一根绳子的一端 进行一次抖动，就可以看见一个波形在绳子上传播，如果连续不断 地进行周期性上下抖动，就形成了绳波[1]。 把绳分成许多小部分，每一小部分都看成一个质点，相邻两个质点间，有弹力的相互作用。第一个质点在外力作用下振动后，就会带 动第二个质点振动，只是质点二的振动比前者落后。这样，前一个 质点的振动带动后一个质点的振动，依次带动下去，振动也就发生 区域向远处的传播，从而形成了绳波。如果在绳子上任取一点系上 红布条，我们还可以发现，红布条只是在上下振动，并没有随波前 进[1]。 由此，我们可以发现，介质中的每个质点，在波传播时，都只做简 谐振动(可以是上下，也可以是左右)，机械波可以看成是一种运动形 式的传播，质点本身不会沿着波的传播方向移动。
地震波的定义
地震波的定义 地震是地壳的一切颤动，是一种自然现象。其主要能源来自地球的内部，是由地球内部自然力冲击引起的。地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。震源在地面上的垂直投影称为震中。震中到震源的距离称为震源深度。地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 发生原理 英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地球内 地震波 部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。 概念介绍 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 传播方式 地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 纵波和横波
现象介绍 我们最熟悉的波动是观察到的水波。当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。这样，水波携带石击打破的水面的能量向池边运移并在岸边激起浪花。地震运动与此相当类似。我们感受到的摇动就是由地震波的能量产生的弹性 岩石的震动。 假设一弹性体，如岩石，受到打击，会产生两类弹性波从源向外传播。第一类波的物理特性恰如声波。声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩，同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。在地震时，这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，换句话说，这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫P波，即纵波（图2.1），它是首先到达的波。 地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态 弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S 波，即横波。在S波通过时，岩石的表现与在P波传播过程中的表现相当不同。因为S波涉及剪切而不是挤压，使岩石颗粒的运动横过运移方向（图2.1）。这些岩石运动可在一垂直向或水平面里，它们与光波的横向运动相似。P和S波同时存在使地震波列成为具有独特的性质组合，使之不同于光波或声波的物理表现。因为液体或气体内不可能发生剪切运动，S波不能在它们中传播。P和S波这种截然不同的性质可被用来探测地球深部流体带的存在(见第6章)。 相关性质 带偏光眼镜以减弱散射光的人可能熟悉光的偏振现象，只有S波具有偏振现象。只有那些在某个特定平面里横向振动(上下、水平等)的那些光波能穿过偏光透镜。传过的光波称之为平面偏振光。太阳光穿过大气是没有偏振的，即没有光波振动的优选的横方向。然而晶体的折射或通过特殊制造的塑料如偏光眼镜，可使非偏振光成为平面偏振光。 当S波穿过地球时，他们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。当岩石颗粒在包含波传播方向的垂直平面里运动时，这种S波称为SV
地震波 地震被按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米／秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 [编辑本段] 地震纵波和横波 我们最熟悉的波动是观察到的水波。当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。这样，水波携带石击打破的水面的能量向池边运移并在岸边激起浪花。地震运动与此相当类似。我们感受到的摇动就是由地震波的能量产生的弹性 地震波 岩石的震动。 假设一弹性体，如岩石，受到打击，会产生两类弹性波从源向外传播。第一类波的物理特性恰如声波。声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩，同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。在地震时，这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，换句话说，这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫P波，即纵波（图2.1），它是首先到达的波。 图2.1 地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态 弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S波，即横波。
机械振动和机械波 一、知识结构 二、重点知识回顾 1机械振动 （一）机械振动 物体（质点）在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动，物体能够围绕着平衡位置做往复运动，必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。回复力是以效果命名的力，它可以是一个力或一个力的分力，也可以是几个力的合力。 产生振动的必要条件是：a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。b、阻力足够小。（二）简谐振动 1. 定义：物体在跟位移成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。简谐振动是最简单，最基本的振动。研究简谐振动物体的位置，常常建立以中心位置（平衡位置）为原点的坐标系，把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比，方向跟位移相反的回复力作用下的振动，即F=－k x，其中
“－”号表示力方向跟位移方向相反。 2. 简谐振动的条件：物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比，方向跟位移方向相反的回复力作用。 3. 简谐振动是一种机械运动，有关机械运动的概念和规律都适用，简谐振动的特点在于它是一种周期性运动，它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能（重力势能和弹性势能）都随时间做周期性变化。 （三）描述振动的物理量，简谐振动是一种周期性运动，描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。 1. 振幅：振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，常用字母“A”表示，它是标量，为正值，振幅是表示振动强弱的物理量，振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小，简谐振动在振动过程中，动能和势能相互转化而总机械能守恒。 2. 周期和频率，周期是振子完成一次全振动的时间，频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。振动的周期T跟频率f之间是倒数关系，即T=1/f。振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量，简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的，与振幅无关，所以又叫固有周期和固有频率。 （四）单摆：摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。 细线的一端固定在悬点，另一端拴一个小球，忽略线的伸缩和质量，球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。单摆做简谐振动的条件是：最大摆角小于5°，单摆的回复力F是重力在圆弧切线方向的分力。单摆的周期公式是T=。由公式可知单摆做简谐振动的固有周期与振幅，摆球质量无关，只与L和g有关，其中L是摆长，是悬点到摆球球心的距离。g 是单摆所在处的重力加速度，在有加速度的系统中（如悬挂在升降机中的单摆）其g应为等效加速度。 （五）振动图象。 简谐振动的图象是振子振动的位移随时间变化的函数图象。所建坐标系中横轴表示时间，纵轴表示位移。图象是正弦或余弦函数图象，它直观地反映出简谐振动的位移随时间作周期性变化的规律。要把质点的振动过程和振动图象联系起来，从图象可以得到振子在不同时刻或不同位置时位移、速度、加速度，回复力等的变化情况。 （六）机械振动的应用——受迫振动和共振现象的分析
学习资料 仅供学习与参考E.机械波的描述（一） 一、填空题： 1．描述波的物理量 （1）波长（λ）：____________________________________________________叫波长；（2）频率（f）：_________________________________________________叫波的频率；（3）波速（υ）：____________________________________________________叫波速。2．波的图像 （1）图像表达的内容是：__________________________________________________；（2）图像的形状是：______________________曲线； （3）由波的图像可以获取的信息有：_________________。 3．机械波的几个决定因素 （1）频率由__________决定，声波从空气进入水中时频率___________； （2）波速由__________决定，一般情况下机械波在_______中的速度最大（选”固体”、”液体”或”气体”），合唱时男女声部的声波速度是______（选“相同”“不同”）的； （3）波长由______________共同决定； 4．机械波几个物理量间的关系 （1）机械波的波长、频率和波速之间的关系式是______________； （2）波的周期是介质中任一质点___________________________所需的时间，也等于波传播__________________的时间； （3）波的振幅和___________________相同。 二、选择题： 5．关于波长，下列说法错误的是（）（A）在一个周期内，振动形式在介质中传播的距离等于波长 （B）在一个周期内，介质的质点所走过的路程等于波长 （C）两个相邻的、离开平衡位置的位移和速度总是相同的两质点间的距离等于一个波长（D）横波中，相邻的两个波峰或相邻两个波谷之间的距离等于一个波长 6．关于波速，下列说法中正确的是（）（A）反映振动在介质中传播的快慢 （B）反映了介质中质点振动的快慢 （C）反映了介质中质点迁移的快慢 （D）波速由波源决定 7．仪器发出的超声波在某一介质中传播，如发出的超声波频率增大，则（）（A）波速将增大，波长不变 （B）介质中各点的振动周期变小，而波速不变 （C）波速不变，波长将变大 （D）波速将变小，波长将变大 8．一列横波沿χ ） （A）由波形图可知该波的波长（B）由波形图可知该波的周期（C）经1/4周期后质点P运动到Q
5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。” 6.方茴说：“我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。” 7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。 8.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。 9.石村周围草木丰茂，猛兽众多，可守着大山，村人的食物相对来说却算不上丰盛，只是一些粗麦饼、野果以及孩子们碗中少量的肉食。 1.“噢，居然有土龙肉，给我一块！” 关于地震波 摘要：地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波 速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 关键词： 地震波 辐射 地球内部 一：背景 ① 2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川，8级强震猝然袭来，大地颤抖， 山河移位，满目疮痍，生离死别……西南处，国有殇。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地！为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日。 ② 1976年7月28日北京时间03时42分53.8秒，在中国河北省唐山、丰南一带（东经118.2°， 北纬39.6°）发生了强度里氏7.8级（矩震级7.5级），震中烈度Ⅺ度，震源深度23千米的地震。地震持续约12秒。有感范围广达14个省、市、自治区，其中北京市和天津市受到严重波及。强震产生的能量相当于400颗广岛原子弹爆炸。整个唐山市顷刻间夷为平地，全市交通、通讯、供水、供电中断。唐山地震没有小规模前震，而且发生于凌晨人们熟睡之时，使得绝大部分人毫无防备，造成24.2万人死亡，重伤16.4万人，名列20世纪世界地震史死亡人数第一。 ③ 邢台地震由两个大地震组成：1966年3月8日5时29分14秒，河北省邢台专区隆尧县 （北纬37度21分，东经114度55分）发生震级为6.8级的大地震，震中烈度9度强；
第四章 E 机械波的描述 一、教学任务分析 机械波的描述是在学习了匀速圆周运动、机械振动和机械波以后，对机械运动的进一步学习，关于波的概念也是今后学习交流电、电磁波等内容的基础。 学习机械波的描述需要匀速圆周运动、机械振动和机械波以及匀速直线运动的知识为基础。 通过有关“波”的录像揭示波在现实生活中的应用，激发学生的学习兴趣，同时也引出如何描述波的课题。 通过绳波演示和相应多媒体课件的演示，揭示机械波的产生过程，在此基础上引人机械波的图像。 联系匀速圆周运动、机械振动等周期性运动，通过DIS实验（或演示多媒体课件），从分析、比较波形图中波形的分布和重复，归纳得出波速、波长、频率等概念；根据机械波传播的特点，联系匀速直线运动的的规律，得出波速、波长、频率三者之间的的关系：v =λf。 通过课内学习训练巩固对波速、波长、频率的关系的理解。 本节课的教学要鼓励学生主动参与，在概念形成过程中，让学生感受到分析、比较、归纳、演绎等科学方法的应用，感悟观察、实验对形成概念和发现规律的重要作用。 二、教学目标 1、知识与技能 （1）理解机械波的图像。 （2）知道描述机械波的物理量波速、波长、频率和周期。 （3）理解波速、波长、频率的关系。 2、过程与方法 （1）通过对波形图的认知过程，明白正确的观察在建立概念过程中的重要作用。 （2）通过对波速、波长、频率的关系探究过程，感受根据实验事实进行分析、比较和归纳是探究物理规律的重要方法之一。 3、情感、态度与价值观 （1）通过对有关“波”的录像的观察，感悟物理源于生活，从而重视对生活中物理现象的观察。 （2）通过对绳波的观察、探索，并由此得出波速、波长、频率的关系，感悟物理学是一门以实验为基础的科学，从而认真观察演示实验，自觉进行物理实验。 三、教学重点和难点 重点：波速、波长、频率的概念及三者之间的关系。 难点：机械波的图像。 四、教学资源 1、器材：DIS实验设备、长绳。
机械波的产生和传播 知识点一：波的形成和传播 （一）介质 能够传播振动的媒介物叫做介质。（如：绳、弹簧、水、空气、地壳等） （二）机械波 机械振动在介质中的传播形成机械波。 （三）形成机械波的条件 （1）要有 ；（2）要有能传播振动的 。 注意：有机械波 有机械振动，而有机械振动 能产生机械波。 （四）机械波的传播特征 （1）机械波传播的仅仅是 这种运动形式，介质本身并不随波 。 沿波的传播方向上各质点的振动都受它前一个质点的带动而做 振动，因此波动的过程是介质中相邻质点间依次“带动”、由近及远相继振动起来的过程，是 这种运动形式在介质中依次向外传播的过程。 对简谐波而言各质点振动的振幅和周期都 ，各质点仅在各自的 位置附近振动，并 随波动过程的发生而沿波传播方向发生迁移。 （2）波是传递能量的一种运动形式。 波动的过程也是由于相邻质点间由近及远地依次做功的过程，所以波动过程也是能量由近及远的传播过程。因此机械波也是传播 的一种形式。 （五）波的分类 波按照质点 方向和波的 方向的关系，可分为： （1）横波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。凸起的最高处叫 ，凹下的最底处叫 。 （2）纵波：质点的振动方向与波的传播方向 的波，其波形为 相间的波。质点分布最密的地方叫作 ，质点分布最疏的地方叫作 。 知识点二：描述机械波的物理量知识 （一）波长（λ） 两个 的、在振动过程中对 位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长。 在横波中，两个 的波峰（或波谷）间的距离等于波长。 在纵波中，两个 的密部（或疏部）间的距离等于波长。 振动在一个 内在介质中传播的距离等于一个波长。 （二）频率（f ） 波的频率由 决定，一列波，介质中各质点振动频率都相同，而且都等于波源的频率。 在传播过程中，只要波源的振动频率一定，则无论在什么介质中传播，波的频率都不变。 （三）波速（v ） 振动在介质中传播的速度，指单位时间内振动向外传播的距离，即x v t ?=?。 波速的大小由 的性质决定。一列波在不同介质中传播其波速不同。 对机械波来说，空气中的波速小于液体中的波速，小于固体中的波速。 （四）波速与波长和频率的关系 v = 注意：一列波的波长是受 和 制约的，即一列波在不同介质中传播时，波长不同。 知识点三：机械波的图象 （一）机械波的图象 波的传播也可用图象直观地表达出来。在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的 位置；用纵坐标表示某一时刻，各质点偏离 位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，