第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
波动是振动的传播过程,
振动是激发波动的波源,
机械波
电磁波
波动
机械振动在 弹性 介质中的传播,
交变电磁场在空间的传播,
两
类
波
的
不
同
之
处
?机械波的传播需
有传播振动的介质 ;
?电磁波的传播可
不需介质,
? 能量传播
? 反射
? 折射
? 干涉
? 衍射
两
类
波
的
共
同
特
征
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
波源
介质
+ 弹性作用
机
械
波
一 机械波的形成
产生条件,1）波源； 2）弹性介质,
波是运动状态的传播，介质的
质点并不随波传播,注意
机械波：机械振动在弹性介质中的传播,
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
横波：质点振动方向与波的传播方向相 垂直 的波,
（仅在固体中传播 ）
二 横波与纵波
? 特征：具有交替出现的波峰和波谷,
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
纵波：质点振动方向与波的传播方向互相 平行 的波,
（可在固体、液体和气体中传播）
? 特征：具有交替出现的密部和疏部,
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
三 波长 波的周期和频率 波速
?波长,沿波的传播方向，两个相邻的、相
位差为 的振动质点之间的距离，即一个完整
波形的长度,
?
π2
O
yA
A-
?
u
x
?
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
?周期,波前进一个波长的距离所需要
的时间,
T
T1??
??? ??
T
u Tuu ??
?
?
?频率,周期的倒数，即单位时间内波
动所传播的完整波的数目,?
?波速,波动过程中，某一振动状态（即
振动相位）单位时间内所传播的距离（相速）,
u
注意 周期或频率只决定于波源的振动 !波速只决定于媒质的性质！
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
波速 与介质的性质有关,为介质的密度,u ?
如声音的传播速度
sm4 0 0 0
sm3 4 3
空气，常温
左右,混凝土
?
Gu ?
?
Eu ?
?
K
u ?
横 波
固体
纵 波
液、气体
切变 模量
弹性 模量
体积 模量
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
四 波线 波面 波前
*
?
?
球 面 波 平 面 波
波前
波面
波线
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
例 1 在室温下，已知空气中的声速 为 340 m/s，
水中的声速 为 1450 m/s,求频率为 200 Hz和 2000 Hz
的声波在空气中和水中的波长各为多少？
1u
2u
m7.1
Hz2 0 0
sm3 4 0 1
1
1
1 ?
??? -
?
? u m17.0
2
1
2 ?? ??
u
m25.7
Hz200
sm1450 1
1
2
1 ?
???? -
?
? u m725.0
2
2
2 ??? ??
u
在水中的波长
解 由,频率为 200 Hz和 2000 Hz 的声波在
?? u?
空气中的波长
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
解 （ 1）气体中纵波的速度 ?Ku ?
V
pVK
d
d-?
常量??pV 0dd1 ??- pVVpV ???
V
p
V
p ?-?
d
d pK ?? ??pu ?
RT
Mp??由理想气体状态方程 MRTu ??
例 2 假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程
进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的
传播过程可看作绝热过程,
（ 1） 视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关
系为,与温度 T 的关系为,
式中 为气体摩尔热容之比,为密度,R为摩尔气体常
数,M 为摩尔质量,
??pu ? MRTu ??
? ?
u p
第十五章 机械波15 – 1 机械波的几个概念
解 （ 2）由（ 1） ??RTu ?
1
2
1
sm3 3 1
m o lkg1089.2
)K2 7 3)(Km o lJ31.8(4.1 -
-
-
??
??
????u
1
2
1
sm34 3m olkg1089.2 )K29 3)(Km olJ31.8(4.1 --
-
???? ????u
例 2 假如在空气中传播时，空气的压缩与膨胀过程
进行得非常迅速，以致来不及与周围交换热量，声波的
传播过程可看作绝热过程,
（ 1） 视空气为理想气体，试证声速 与压强 的关
系为,与温度 T 的关系为,
暗 （ 2） 求 0 ℃ 和 20℃ 时,空气中的声速,（空气
??pu ? MRTu ??
,4.1??
m o lkg1089.2 2 ??? -M ）
u p