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大学物理学：驻波、声波和多普勒效应

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10-4~5~6驻波、多普勒效应

10-4~5~6驻波、多普勒效应


2 cos

2
cos

2
2π 2π y y1 y2 (2 A cos x ) cos t —— 驻波方程 T
驻波的振幅 从上式可看出: 合成以后各点都在作同周期的简谐 振动( 即驻波的周期还是原来波的周期 ) ；各点的振幅随 位置x 的不同而不同, 与时间 t 无关。
第十章 波动
由图得
A = 0.1m
y/cm 10
O -5
u
30 x/cm
坐标原点处质点的振动表达式为
0.6m 由图可知：
则
u

T
0.2m/s
该波波动表达式
2π x y x , t 0.1cos t 0.2 3
π m 2
第十章 波动
4
物理学
T 3
A yo 0.05 m 2 0 。 且有v o
1 t s 4
1 t s 4
o
2π 2π 1 π 2π t t 则 3 3 4 2 3
第十章 波动
2π ? 3

y(m)
3
物理学
第五版
π 2
2π rad / s 3
x y = 0.03cos 4 t - - u 2
第十章 波动
5
物理学
第五版
x 即： y 0.03cos 4 t - 0.20 2
将xo= - 0.05m 代入波动方程,得坐标原点O的振动方程:
0.05 yO 0.03cos 4 t 0.2 2 0.03cos 4 t 2
19
振动与波动第5讲——驻波 声波 多普勒效应

振动与波动第5讲——驻波 声波 多普勒效应


v0
u v0 解 1）车为接收器 ' u v0 u u ' 2）车为波源 " u vs u vs " v 0 vs u 56.8 km h 1 车速 "
作
业
作 业 题：习题7.19、7.22、7.24 预习内容： 暂无 复习内容： 本讲
u


u
S
)

vS = v R u
0
vR > 0(R接近S)， R S vR < 0(R远离S)， R S
(2) vR=0 ，vS≠0，
R
此时， R
0
·· ·
vS
S
·· S
v ST S
vS

R
测= S 运动的前方波长缩短
u uTS
u u S R ( u v S )TS u v S
u
水波的多普勒效应（波源向左运动）
(3)vR≠0 ， vS≠0，
此时， S R
uvR uvR u uvR R S S u u uvS uvS
当vR =-vS 时 （无相对运动）， R
注意： 1. S动R不动
S
本质 不同
0
R S
振动与波动第6讲 ——驻波 声波 多普勒效应
主要内容
六、驻波 七、声波 八、多普勒效应
一、
驻波
振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在
同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊
的干涉现象.
1. 驻波的描述
设两列行波分别沿x轴的正向和反向传播,在x=0处
两波的初相均为0：
波动2干涉 驻波 声波 多普勒效应36页PPT

波动2干涉 驻波 声波 多普勒效应36页PPT

文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
Thank you
波动2干涉 驻波 声波 多普勒效应
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
大学物理学：驻波、声波和多普勒效应

大学物理学：驻波、声波和多普勒效应


1
120
1 10－2 10－5 10－6 10－10 10－11 10－12
120
100
震耳
70
响
60
正常
20
轻
10
极轻
0
I LI lg I0
二、 超声波 1、概念
超声波是频率高于20000Hz的声波，波长极短。
二、 超声波
1、概念
超声波是频率高于20000Hz的声波，波长极短。
2、特点
•问题
假定波源与观察者在同一条直线上，
v0——观察者相对于介质的运动速度 vS——波源相对于介质的运动速度
u——声波在介质中的传播速度
n——波源的频率
问观察者接收到的频率为多少？
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
引起听觉的最弱声音
声强（W.m- 声强级（dB）响度 2）
1
120
1 10－2 10－5 10－6 10－10 10－11 10－12
120
100
震耳
70
响
60
正常
20
轻
10
极轻
0
声源
引起痛觉的声音 炮声 铆钉机 交通繁忙的街道 通常的谈话 耳语 树叶沙沙声
引起听觉的最弱声音
声强（W.m- 声强级（dB）响度 2）
引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为10－12 瓦/米2 ～1瓦/米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。
规定声强 I0=10-12瓦/米2作为测定声强的标准
定义声强级L为：
I LI lg I0
驻波和多普勒效应

驻波和多普勒效应


7 Hz
例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率
为 100kHz 的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源
安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率
为" 110kHz . 已知空气中的声速为 u 330ms1，
求车速 .
v0
解 1）车为接收器 ' u v0
u
2）车为波源 " u ' v0 u
R
u
u vR
vST
u vR uT vST
u vR
u vS
若波源与观 察者不沿二者连 线运动，则以速 度在连线方向上 的分量计算。
v's
vs
vo
v'o
多普勒效应的应用
1）交通上测量车速； 2）医学上用于测量血流速度； 3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论； 4）用于贵重物品、机密室的防盗系统； 5）卫星跟踪系统等.
则观察者接收到的频率为：
R
u
u uT
1 T
vS
1 波源不动，观察者相对介质以速度 vR 运动
vS 0, vR 0,
观察者接收的 频率
R
u vR
u vR uT
u vR
u
观察者迎着波源运动时，接收到的频率增大。 观察者背向波源运动时，接收到的频率减小。
v 2 观察者不动，波源相对介质以速度
(1)波腹与波节 驻波振幅分布特点
cos 2 x 1 A(x) 2A 振幅最大，波腹
2 x k
x k k 0,1, 2,
2
cos 2 x 0 A(x) 0 振幅最小，波节
2 x ( k 1 ) x (k 1) k 0,1, 2,
声速的测定方法有几种类型

声速的测定方法有几种类型

声速的测定方法有几种类型
声速的测定方法有三种类型：
1. 声源与接收器之间的时间差法：通过测量声波从声源到达接收器所需的时间来确定声速。

常用的方法包括测量声音在空气中传播的时间差、测量声音在水中传播的时间差等。

2. 驻波法：通过测量声波在管道、共鸣腔或其他特定空间中形成的驻波的频率和波长，再结合空气温度等参数，计算声速。

这种方法可以用于测量气体和液体中的声速。

3. 多普勒效应法：通过测量声波在运动介质中传播时的频率变化来确定声速。

当声源和接收器相对运动时，传播的声波频率会产生变化，根据这个频率变化可以计算声速。

这种方法常用于测量空气中的声速，例如测量飞机的速度。

大学物理学第十六章第八节(多普勒效应)

大学物理学第十六章第八节(多普勒效应)


实验步骤
将声源和接收器固定在相对位置，使 声源发出连续的声波，接收器接收声 波并转换为电信号，通过测量仪器记 录信号频率。
光波多普勒效应的实验
01
实验设备
光源、干涉仪、测量仪器（如光谱分析仪）
02 03
实验步骤
将光源发出的光波通过干涉仪分束，一束作为参考光，另一束作为信号 光，信号光照射到运动物体上反射回来后与参考光干涉，通过测量仪器 记录干涉条纹的变化。
实验结果
当运动物体靠近或远离光源时，干涉条纹会发生变化，表现为多普勒效 应。
实验结果分析
分析多普勒效应的规律
通过实验数据，分析多普勒效应的规律，包括频率变化与相对速 度之间的关系、波长与频率之间的关系等。
验证理论模型
将实验结果与理论模型进行比较，验证理论模型的正确性和适用范 围。
应用拓展
探讨多普勒效应在生产生活中的应用，如雷达测速、医学超声成像 等。
对未来学习的规划
深入研究多普勒效应
计划进一步深入学习多普勒效应的相关知识，了解其在不同领域 的应用。
探索物理学的其他领域
计划探索物理学其他领域的知识，如电磁学、光学等，以拓宽知识 面。
提高解决实际问题的能力
计划通过解决实际问题，提高运用物理知识解决实际问题的能力。
THANKS
感谢观看
05
结论
本节内容的总结
多普勒效应的定义
01
多普勒效应是指波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收
到的波长会发生变化的现象。
多普勒效应的原理
02
当波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波的频率
会发生变化，这种现象称为多普勒效应。
多普勒效应的应用
03
驻波 超声波 多普勒效应 ppt课件

驻波 超声波 多普勒效应 ppt课件


各点，相位均为 2πt 驻波 超声波 多普勒效应
y2Aco2πsxco2πst 2
y
2
例 x 为波节
ox
4
cos 2 π x 0,x,
44
y2Aco2πsxco2πst
cos 2 π
x
0,x3,
44
y2Aco2πsxco2π s(tπ)
结论：相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节
两侧振动相位相反，在波节处产生 π 的相位跃变
两端固定的弦振动的简正模式
n
n u 2l
n1 ,2,
n 1
u 2l
n2
u l
n3
3u 2l
驻波 超声波 多普勒效应
一端固定一端自由的弦振动的简正模式
l(n1) n n1 ,2 , 22
波节
波腹
l 1
4
l 32
4
l 53
4
驻波 超声波 多普勒效应
讨论 如图二胡弦长l 0.3m，张力 T9.4N. 密度
疏
媒
面波 面
媒
质
上时 上
质
到
总
总
到
波
是
是
波
疏
出
出
密
媒
现
现
媒
质
波
波
质
界
腹
节
界
面
面
反水
自由端反射
射
总是出现波腹 固定端反射
声源
总是出现波节驻波 超声波 多普勒效应
水反
射
声源
四 驻波的能量
位移最大时
波
节
x
波 腹
x
A B C 平衡位置时
第48讲：机械波——驻波、声波和多普勒效应

第48讲：机械波——驻波、声波和多普勒效应

次声波与地球海洋大气等的大规模运动有密切的关系因此次声波成为人们研究地球海洋大气运动的有力工具它可以应用于探测次声波源的位置大小和其它特性对自燃灾害性事件如火山爆发地震等进行预报多诸如核爆炸火箭反射等认为事件进行探测识别和警报
第 48 讲：机械波——驻波、声波和多普勒效应 内容：§15－6，§15－7，§15－8 1．驻波 2．声波 3．超声波 4．多普勒效应
第 48 讲
机械波——驻波、声波和多普勒效应
§15－6
驻波
Standing Wave / Stationary Wave 引言：驻波是干涉现象中的一个特例。在同一介质中两列振幅相同的相干波， 在同一直线上沿相反方向传播叠加后就形成驻波。例如海波从悬崖或码头时反 射时，就可以看到它与入射波叠加后形成的驻波，在乐器中，管、弦、膜、板 的振动也都是有驻波所形成的振动。驻波理论在声学和光学中都是很重要的。 一、驻波的产生 1．演示实验：弦线上的驻波
ln
n
2
,
n 1,2,...
时，才能形成驻波。式中λ n 表示与某一 n 值对应的驻波波长。 当弦线上张力 T 与波速 u 一定时，利用λ n=u/ν n 可以求得与λ n 对应的可能频 率为
n n
u , 2l
n 1,2,...
上式表明，只有振动频率为 u/(2l)的整数倍的那些波，才能在弦上形成驻波。 这些频率称为本征频率，由该式决定的振动方式，称为弦线振动的简正模式， n=1 的称为基频，n=2，3，…的称为谐频。 例：如图所示，有一平面简谐波
2．驻波的形成（作图法） ： 几点结论： 驻波是由在同一介质的同一直线上沿相反 方向传播两列振幅相同的相干波叠加后形 成的，是一种特殊的干涉现象。 某些点始终静止不动，振幅为零——波节 某些点振动最强， 振幅最大——波腹 相邻两波节间的各质点作同相振动， 波节两 侧的质点作反向振动。 合成波的振动波形并 不移动。 二、驻波方程 1．驻波方程 设沿 X 轴正方向和负方向传播的两列相干 波的表达式为
驻波和多普勒效应_实用模板

驻波和多普勒效应_实用模板


驻波与多普勒效应的理论基础
多普勒效应的理论基础
多普勒效应则是基于相对论和波的传播原理 。当观察者和波源之间存在相对运动时，根 据相对论，观察者会观察到波的频率发生变 化。具体来说，当观察者靠近波源运动时， 观察者所接收到的波的频率会增加；而当观 察者远离波源运动时，观察者所接收到的波 的频率会减小。这种现象可以用多普勒公式 来描述，该公式基于波的传播原理和相对论 的速度变换法则
驻波与多普勒效应的实验验证
多普勒效应的实验验证
多普勒效应也可以通过多种实验进行验证。例如，在声学实验中，可以使用声波发生器和 接收器来产生和接收声波。当声波源和接收器之间存在相对运动时，接收器所接收到的声 波频率会发生变化，从而验证多普勒效应的存在 此外，也可以通过光波实验来验证多普勒效应。例如，可以使用激光器和干涉仪来产生和 接收光波。当光波源和接收器之间存在相对运动时，接收器所接收到的光波频率会发生变 化，从而验证多普勒效应的存在 总之，驻波和多普勒效应都是物理学中的重要概念，可以通过实验进行验证。这些实验不 仅有助于深入理解这两个概念，而且在实际应用中也有广泛的应用价值
PART.3
多普勒效应的形成与特性
多普勒效应的形成与特性
多普勒效应是指当波源和观
当观察者和波源之间存在相
*
察者之间存在相对运动时，
对运动时，观察者所接收到
观察者所接收到的波的频率
的波的频率会发生变化。具
会发生变化的现象。这个现
体来说，当观察者靠近波源
象是由奥地利物理学家及数
运动时，观察者所接收到的
➢ 多普勒效应在日常生活中 的应用非常广泛。例如， 当一辆救护车驶向我们时 ，我们会听到车上的警笛 声音调变高；而当救护车 远离我们驶去时，我们会 听到警笛声音调变低。这 种现象就是由于多普勒效 应引起的。此外，多普勒 效应在雷达测速、医学诊 断、天文学等领域也有广 泛应用
振动与波动第5讲-驻波声波多普勒效应

振动与波动第5讲-驻波声波多普勒效应

ห้องสมุดไป่ตู้
驻波的应用场景
声学研究
驻波在声学研究中具有重要应用，如声呐、超声成像等。
振动分析
通过对物体施加振动并观察其产生的驻波，可以对物体的振动特 性进行分析和评估。
物理实验
驻波可用于演示波动现象和波动规律，如弦振动实验、液体表面 波实验等。
03 声波与多普勒效应
声波的基本性质
声波是机械振动在介 质中的传播，具有波 动性。
多普勒效应的应用
雷达测速
利用多普勒效应测量物体的速度。
医学超声成像
利用多普勒效应测量血流速度和方向，诊断 心血管疾病。
声呐
利用多普勒效应测量水下物体的位置和速度。
04 驻波与声波多普勒效应的 关系
驻波对声波传播的影响
声波在传播过程中遇到障碍物时，可能会在障碍物周围形成驻波。驻波对声波的传 播速度和方向产生影响，使声波能量在空间中分布不均。
声波在传播过程中会 受到介质的吸收、散 射和干涉等作用。
声波具有频率、波长、 振幅等物理量。
多普勒效应的原理
当波源和观察者之间有相对运动时， 观察者会感知到波的频率发生变化， 这种现象称为多普勒效应。
多普勒效应的原理可以用波的叠加原 理解释，当波源和观察者之间有相对 运动时，会产生附加的波峰或波谷， 导致观察者感知到的频率发生变化。
驻波与声波多普勒效应的实验演示
3. 逐渐增大信号频率，观察弦线振动 状态的变化，理解驻波的形成。
4. 当信号源和观察者相对运动时，观 察示波器显示的波形变化，理解多普 勒效应。
实际应用案例分析
01
声波测距
利用声波在空气中的传播速度， 通过测量声波发射和反射的时间 差来计算目标物体的距离。

5.5-5.6驻波和多普勒效应


x
yx=x1 = (2Acos 2 π
yx=x2 = (2Acos2 π
x1
X2处质点振动 方程： 方程：
λ
)cos 2 t πν
)cos2 t πν
x2
各处质点作振幅不同，但频率相等的谐振动： 各处质点作振幅不同，但频率相等的谐振动：
λ
0 ≤ A 点 ≤ 2A 质
第五章 驻波方程 y = 2 A cos 2 π 3）波腹和波节 ） 振幅为 1 0
u
u
在反射点C：入射波在 点的振动方程 点的振动方程： 在反射点 ：入射波在C点的振动方程： 反射波在C点 反射波在 点 的振动方程
yC入 = Acos(ω +ϕ) t 入 yC反 = Acos(ω +ϕ) t 反
其实质是：入射波在 引起的振动与反射波在 引起的振动与反射波在C 其实质是：入射波在C引起的振动与反射波在 引起的振动同相（无相位差） 引起的振动同相（无相位差）
cos2π
x
> 0, −
λ
λ
第五章
机械波
实验1）：反射点为固定端 实验 ）：反射点为固定端 ）：
C
C
机械波 实验1 反射点固定端（半波反射） 实验1：反射点固定端（半波反射）第五章 半波损失 半波反射
u
C u
在反射点C 入射波在C点的振动方程： 在反射点C：入射波在C点的振动方程： 反射波在C 反射波在C点 的振动方程
y
x 2 ＝ cos[5 (t + ) − π] A π 10 3
x 10 x
10
3
O
（3）波节点的位置： ）波节点的位置：
0,2,4⋯ 10m ⋯
第五章 机械波 点的振动y 例3：已知 点的振动 0=Acos200πt(m)，波沿绳以 ＝ ：已知o点的振动 π ，波沿绳以u＝ 200m/s向右传播，绳固定在 点，LOQ=10m，求（1）入 向右传播， 向右传播 绳固定在Q点 ， ） 射波，反射波，合成波方程及OQ间的波节点的位置； 间的波节点的位置； 射波，反射波，合成波方程及 间的波节点的位置 为自由端仍求之。 （2）若Q为自由端仍求之。 ） 为自由端仍求之

大学物理多普勒效应ppt


5
物理学
第五版
T ' vsT b
u
u
10-6 多普勒效应
s
s'
vsT
T
uA
b
' 1 u u T ' vsT u vs
第十章 波动
6
物理学
第五版
10-6 多普勒效应
观察者接收的频率
波源向观察者运动 ' u
u vs
波源远离观察者运动 ' u
u vs
s s'
A
vsT
b
第五版
10-6 多普勒效应
(2) 观察者听到来自B 的频率
330 30 500 461.5 Hz
330 60 (3) 观察者听到的拍频
7 Hz
vO AO
第十章 波动
vsB
B
14
物理学
第五版
10-6 多普勒效应
例2 利用多普勒效应监测车速，固定波
源发出频率为 100 kHz 的超声波，当汽车向
u 330 m s1 . 试求飞机的飞行高度h.
第十章 波动
17
物理学
第五版
10-6 多普勒效应
已知
vs 1
200 m s1 0 2 000 Hz 2 400 Hz 2 1 600 Hz u
330
m s1
求h
解 如图，飞机在4s内经过的距离为AB
AB vst h(cot cot )
vAC vs cos vBC vs cos
A
vs
B
h
第十章 波动
18
物理学
第五版
10-6 多普勒效应
1
u

第大学物理八讲： §9.5 驻波9.2 多普勒效应


/2

3 / 2
x
O 波腹公式 x腹 k / 2
k 0,1,2,
（2k 1 ） / 4 k 0,1,2, 波节公式 x节
相邻波腹（波节）的间距 x xk 1 xk / 2

课堂练习1：由振动频率为400 Hz的音叉在两端固定拉
紧的弦线上建立驻波．这个驻波共有三个波腹，其振
u
当波速（u）一定时， 声调升高

多普勒效应的公式
波在介质中传播的速度 接收者运动的速度
u r r ' s u s u
'
接收的频率 波源运动的速度
波源的频率
上组﹢﹣为迎着；下组﹣ ﹢为远离

多普勒效应的应用
u r r ' s u s u
u u n k n 2
k 1 时为基频 k 2,3， 时为谐频
六、管乐的基频（音调），谐频（音色）
n （2k 1） 2
4 n 2k 1
k 1,2,3,
u u n 2k 1 n 4
k 1 时为基频 k 2,3， 时为谐频
'
雷达测速是应用多谱勒效应, 即根据接收到的反射波频移量的 计算而得出被测物体的运动速度

大帽山的多普勒天气雷达

多普勒雷达回波图

多普勒彩超


小 结：
1、平面简谐波 2、建立波动方程
作 业：
1、仔细阅读教材；
2、请将课堂练习2题做在作业本上；
3、自学其他内容
预 习：
第10章 光学
L 3 / 2 1.2m
2
y y1 y2 2 A cos 2x / cos 2t

15-声强级、多普勒效应

X = lg( I / I 0 ) ( B )
X = 10 lg( I / I 0 ) (dB )
ν
1.0 × 10
0
I (W/m2 )
I = I 0 × 10
X
1.0 × 10 −12
20
1k 2k 3k
20k Hz
X max = 120 (dB) → I max = I 0 × 1012 = 1.0 (Wm-2 ) X min = −5.0 (dB) → I min = I 0 × 10−0.5 ≈ 0.32 × 10−12 (Wm-2 )
X = 10 lg
⎛ I ⎞ 2I = 10 ⎜ lg 2 + lg ⎟ = 10 × 0.3 + 60 = 63 X 2 = 10 lg I0 ⎠ I0 ⎝
X 4 = 10 lg ⎛ 4I I ⎞ = 10 ⎜ 2 × lg 2 + lg ⎟ = 10 × 0.6 + 60 = 66 I0 I0 ⎠ ⎝
* 2
pm = ρ uω A
2 m
2. 声强：声波的平均能流密度，常用声压幅来表示。
1ρ uω A 1 p 1 2 2 声强计算公式 = I = ρ uω A = 2 ρu 2ρu 2
2014年4月15日
5
3. 声强级： ①闻阈和痛阈：除了频率，人的听觉还与声强有关。 其中声强的下限称为闻阈、声强的上限称为痛感阈。 1000 赫闻阈。2000 ~ 3000 赫最敏感。 ②声强的标准： ③声强级：
u u −V 接收用于成拍的波的频率： ν 2 = u + V ν 1 = u + V ν 0 S
u −V 2V 2V Δν = ν 0 −ν 2 = (1 − )ν 0 = ν 0 ≈ ν 0 = 1662Hz u +V u +V u

4-2 驻波、多普勒效应


说明
七、多普勒效应
（2）若波源与观察者不沿二者连线运动
v's
vs
vo
v'o
vs u
u v 'o ' u v's
vs向观测者运动，
（3）若观测者静止，波源以
且 vs u ，则所有的波前被挤压而聚集在一个圆锥 面（马赫锥）上，形成冲击波（激波）。
说明
七、多普勒效应
为正弦波的叠加
f ( x' ) A sin n x'
六、驻 波
5. 补充说明
每种乐器都是一个驻波系统，具有各自的简振模式。
u n E n n 2l 2l
调弦
弦的音高
改变 l
改变 改变 E
演奏旋律
六、驻 波
神奇的打击乐器——中国古编钟
1978年，在湖北省随县曾侯乙编钟成套出土。 三层编钟共重2.5吨, 悬挂至今2400年!

x
2 波腹
波节
3 4

2

4
5 4
x
（2）相位特征：
波节两侧各点相位相反；两波节间各点相位相同；
六、驻 波 说明 x y 2 A cos 2π cos 2πt （3）能量特征：
位移最大时能量是势能， 波腹处为零，波节处最大
x x
平衡位置时能量是动能， 波腹处最大，波节处为零
驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化， 但无长距离的能量传播.
波源不动观察者相对介质以速度运动观察者接收的频率观察者向波源运动观察者远离波源22分析三种简单的多普勒效应分析三种简单的多普勒效应观察者不动波源相对介质以速度运动波源靠近观察者观察者接收的频率波源远离观察者22分析三种简单的多普勒效应分析三种简单的多普勒效应远离波源向观察者运动远离22分析三种简单的多普勒效应分析三种简单的多普勒效应1若波源与观测者相互接近接收到的频率高于波源的频率
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2、次声波的波源
大气湍流、火山爆发、地震、陨石落地、雷暴、磁暴等大 规模自然活动中，都有次声波产生。
三、 次声波
3、次声波的用途 科学研究：
①研究地球、海洋、大气等大规模运动；②对自然灾 害性事件（如火山爆发、地震等）进行预报，深入认 识自然规律。
军事应用：
①军事侦察；②次声波有杀伤性。
8 多普勒效应
引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为10－12 瓦/米2 ～1瓦/米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。
规定声强 I0=10-12瓦/米2作为测定声强的标准
定义声强级L为：
I LI lg I0
单位为贝耳(Bel)
1Bel=10dB 单位为分贝(dB)
声源
引起痛觉的声音 炮声 铆钉机 交通繁忙的街道 通常的谈话 耳语 树叶沙沙声
例、车上一警笛发射频率为1500Hz的声波。该车正以20m·s-1的速 度向某方向运动，某人以的5m·s-1速度跟踪其后，已知空气中的 声速为330 m·s-1，求该人听到的警笛发声频率以及在警笛后方空 气中声波的波长。
例、车上一警笛发射频率为1500Hz的声波。该车正以20m·s-1的速 度向某方向运动，某人以的5m·s-1速度跟踪其后，已知空气中的 声速为330 m·s-1，求该人听到的警笛发声频率以及在警笛后方空 气中声波的波长。
1
120
1 10－2 10－5 10－6 10－10 10－11 10－12
120
100
震耳
70
响
60
正常
20
轻
10
极轻
0
I LI lg I0
二、 超声波 1、概念
超声波是频率高于20000Hz的声波，波长极短。
二、 超声波
1、概念
超声波是频率高于20000Hz的声波，波长极短。
2、特点
•例子
当高速行驶的火车鸣笛而来时，人们听到的汽笛音调变高， 即频率变大；反之，当火车鸣笛而去时，人们听到的音调 变低，即频率变小。
8 多普勒效应
•例子
当高速行驶的火车鸣笛而来时，人们听到的汽笛音调变高，
即频率变大；反之，当火车鸣笛而去时，人们听到的音调 变低，即频率变小。
•定义 观察者接受到的频率依赖于波源或观察者运动的现象， 称为多普勒效应。
引起听觉的最弱声音
声强（W.m- 声强级（dB）响度 2）
1
120
1 10－2 10－5 10－6 10－10 10－11 10－12
120
100
震耳
70
响
60
正常
20
轻
10
极轻
0
声源
引起痛觉的声音 炮声 铆钉机 交通繁忙的街道 通常的谈话 耳语 树叶沙沙声
引起听觉的最弱声音
声强（W.m- 声强级（dB）响度 2）
声强与频率的平方和振幅的平方成正比。声波的频率高，
振幅越大，声强越大。 超声波：频率高 声强大 炮 声：振幅大 声强大
I 1 vA2 2
2
4、声强级
引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为10－12 瓦/米2 ～1瓦/米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。
4、声强级
引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为10－12 瓦/米2 ～1瓦/米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。
次声波 超声波
周空气振荡，那种振荡方
式就是声波。(在弹性介质
中传播的机械波) 。
20Hz
20000Hz
2、声波的分类
频率低于20赫兹的叫做次声波； 20到20000赫兹之间能引起听觉的称为可听声，简称声波； 频率高于20000赫兹的叫做超声波。
7 声波、超声波、次声波
3、声强
声强就是声波的平均能流密度。即单位时间内 通过垂直于传播方向单位面积的声波能量。
背着观察者运动时为负。
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
波源与观察者相互接 近时，频率升高；波 源与观察者彼此分离 时，频率降低。
v0 ：观察者向着波源运动时为正，观察
者背着波源运动时为负；
vs ：波源向着观察者运动时为正，波源
背着观察者运动时为负。
•利用声波的多普勒效应可以测定流体 的流速，振动体的振动和潜艇的速度 •用来报警和监测车速 •在医学上，如做超声心动、多普勒血 流仪。
波源与观察者相互接 近时，频率升高；波 源与观察者彼此分离 时，频率降低。
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
波源与观察者相互接 近时，频率升高；波 源与观察者彼此分离 时，频率降低。
v0 ：观察者向着波源运动时为正，观察
者背着波源运动时为负；
vs ：波源向着观察者运动时为正，波源
•问题
假定波源与观察者在同一条直线上，
v0——观察者相对于介质的运动速度 vS——波源相对于介质的运动速度
u——声波在介质中的传播速度
n——波源的频率
问观察者接收到的频率为多少？
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
波源和观察者同时相对于介质运动
n u v0 n
u vs
能流密度大 方向性好 穿透力强
二、 超声波
1、概念
超声波是频率高于20000Hz的声波，波长极短。
2、特点
能流密度大 方向性好 穿透力强
3、应用
声纳：定位、测距、探伤、显象 超声波探伤：能在不透明的材料中传播，
可以用来检查金属零件内部的缺陷
医学B超：用以探测人体内部的病变 焊接：由于能量大而集中可用来切削、焊
接，钻孔， 清洗机件还可用来处理种子和催化。
三、 次声波 1、次声波的特性
•频率在10－4～20Hz(波长长)之间的机械波，人耳听不到。 •由于它具有衰减极小的特点，可以远距离传播。
三、 次声波 1、次声波的特性
•频率在10－4～20Hz(波长长)之间的机械波，人耳听不到。 •由于它具有衰减极小的特点，可以远距离传播。
规定声强 I0=10-12瓦/米2作为测定声强的标准
4、声强级
引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为10－12 瓦/米2 ～1瓦/米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。
规定声强 I0=10-12瓦/米2作为测定声强的标准
定义声强级L为：
I LI lg I0
单位为贝耳(Bel)
Байду номын сангаас、声强级
物理学教学课件
大学物理学电子教案
声波和多普勒效应
7 声波、超声波、次声波 8 多普勒效应
7 声波、超声波、次声波
一、 声波
1、声波的概念
声源体发生振动会引起四 周空气振荡，那种振荡方 式就是声波。(在弹性介质 中传播的机械波) 。
7 声波、超声波、次声波
一、 声波
声波
1、声波的概念
声源体发生振动会引起四