大学物理 振动和波5-课件

电磁振荡 电磁量
机械振动:
x (位移) ; (角位移)
机械波
电磁波
波动
电磁振荡: qE((电电量场)强; i(度电)流; H);(磁u(场电强压度); )
机械振动、机械波与电磁振荡、电磁波本质不同,但有 相同概念(振幅、频率、周期、相位、波长等), 有相同 特征及相同的数学表达式。
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§5.1 简谐运动的基本特征及其描述 (The basic characters and description of the simple harmonic motion) 5.1.1 简谐运动 5.1.2 简谐运动的描述方法
第5章 振动与波动 (Vibration and Wave)
§5.1 简谐运动的基本特征及其描述 §5.2 简谐运动的能量 §5.3 简谐运动的合成 *§5.4 阻尼振动 受迫振动 共振 §5.5 波动的基本特征 平面简谐波的波函数 §5.6 波的能量 §5.7 波的叠加 *§5.8 多普勒效应
作业 5-1、5-3、5-5、5-7 、 5-9、5-11、5-13、5-14、 5-16
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5.1.1 简谐运动(the simple harmonic motion)
1.简谐运动的定义 定义一(动力学):
弹簧振子: F kx
O
x
回复力(弹性力)与位移成正比指向平衡位置O
单摆:
ft
m gsin
m g
mg l
x
约定: 取循逆时针的转向为正方向, 即 > 0
l T
x O ft mg
g l
T 2π l g
,,T—由振动系统固有性质决定与初始条件无关
相位(phase)(重要量): (t +)

x
A1 A2 - A2 -A1
x1
T
o
x2
t
x2比x1超前 / 2
x A cos( t )v A cos t 2 2 t a A cos

x
2A A
A -A - A - 2 A
x、 v 、a
a T t
o
>0 a<0 减速
<0 <0 加速
<0 >0 减速
>0 >0 加速
a、v、x 依次超前， x、v、a依次落后 a与 x 反相。
简谐振动
简谐振动的动力学方程 简谐振动的运动学方程 简谐振动的三个特征量 简谐振动的表示法 ①解析法 x A cos( t ) 已知表达式 A，T， 已知A，T， 表达式
4-3 阻尼振动、受迫振动和共振 *4-4 非线性振动 混沌 4-5 机械波的产生和传播 4-6 平面简谐波 4-7 声波、超声波和次声波 4-8 波的干涉和波的衍射 4-9 多普勒效应和超声波运动
4-1 简谐运动
简谐运动的基本特征 以弹簧振子为例 以弹簧原长为坐标原点，
kx k m
0
令
2
任何一个物理量，如果随时间的变化可用余弦或正 弦函数表示，则这种运动称为简谐振动。
简谐运动的三项基本特征：
F k x
d2 x 2 x0 2 dt
x A cos( t )
x A cos( t )
π dx A cos( t ) A s in t v 2 dt
x
A1
A2
x2
x1
同相
T t

V V(体应变)
P
(4)柔软的绳和弦上横波波速：
ut
T
式中: 为质量线密度； T为绳或弦线中张力。
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§5-2、3 平面简谐行波的波动方程
1. 平面简谐波的运动学方程——波方程 波源和介质中的质点都作简谐振动, 这种波称之为简谐
波，波面为平面的简谐波即为平面简谐波。
设一平面简谐行波在均匀无耗媒质中沿x轴正方向传播, 波速u。用x表示各质点的平衡位置；y表示各质点对平衡位 置的位移。
的传播方向一致。
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2.平面简谐波运动学方程的物理意义
yAcos(t[u x)0]
运动学方程中含有两个变量x和t，它即反映了媒质中各质点 的振动规律，又反映了振动状态的传播规律。
(1)当x=xo(确定值)时，位移y只是时间t的余弦函数:
y A c o t s x u o o A c o t s0 x u 0
线
波面
平面波
球面波
在各向同性均匀介质中，波线与波阵面垂直。
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三.描述波动的解析参量
1.周期T：一个完整波形通过介质中的一点所需的时间=该 点处质元完成一次全振动的时间。
波的周期就是它所传播的振动的周期即波源的振动周期
2.波长: 波线上相位差为2π的两个点之间的距离。
波(振动状态)在一个周期内前进的距离就是一个波长 3. 波速u : 单位时间波(振动状态)所传播的距离。
2
注意！ •质元并未“随波逐流” •各质元均在自己的平衡位置附近振动 •传播的是波源的振动状态或者说相位 •沿波传播的方向，各质元相位依次落后
总之, 波动(或行波)是振动状态的传播，是能量的传播， 而不是质点的传播。
2 . 纵波和横波 横波——振动方向与传播方向垂直，如绳中传播的波等。 横波只能在固体中传播，横波的特征是有凸凹的波峰、波谷。

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声波传播速度
声波在介质中的传播速度 与介质的密度和弹性模量 有关。
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声波衰减
声波在传播过程中会因介 质的吸收和散射而逐渐衰 减。
声波反射和折射
声波在遇到不同介质界面 时会发生反射和折射现象 。
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案例分析：医学超声诊断技术应用
超声成像原理
利用超声波在人体组织中的反射和折 射特性，将回声信号转换为图像，从 而实现对人体内部结构的可视化。
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阻尼振动的能量逐渐转化为 热能或其他形式的能量。
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受迫振动产生条件及规律
受迫振动的定义：物 体在周期性外力作用 下产生的振动。
存在周期性外力作用 。
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受迫振动的产生条件
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受迫振动产生条件及规律
外力频率与物体固有频率 不同。
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受迫振动的频率等于驱动 力频率，与物体固有频率 无关。
大学物理振动波 动优秀ppt课件
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目录
• 振动基本概念与简谐振动 • 阻尼振动、受迫振动与共振 • 波动基本概念与波动方程 • 干涉、衍射与偏振现象 • 多普勒效应与声波传播特性 • 非线性振动与混沌现象初步探讨
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01
振动基本概念与简谐振动
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受迫振动的规律
当驱动力频率接近物体固 有频率时，振幅显著增大 ，产生共振现象。
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共振现象及其危害防范
2024/1/25
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共振现象及其危害防范
对机器、设备等造成损坏 。
对建筑物、桥梁等结构造 成破坏。