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1700987007 力学（物理类） [:1700973484]

1700987008 力学（物理类） 7.5　波的运动学描述

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1700987010 7.5.1　波动现象

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1700987012 自然界中经常可见到水面波，日常生活中随时可感受到声波和光波，光波是电磁波的一部分．波是振动状态传播形成的物理现象．宏观系统中某个物体的机械振动可激发起周围物质的振动，形成由近而远的机械波．初始振动的物体称为波源，被带动的周围物质则为波的传播介质．教员讲课时，他的声带是声波的波源，教室中的空气便是声波的传播介质．将绳的一端固定在墙上，用手握住另一端上下抖动，形成的波如图7-54所示，此时手是波源，绳是介质．非机械振动状态传播形成的波称为非机械波．电视台发射天线附近电磁场的变化，即电磁场的振动，可在大气中朝四面八方传播出去，形成的电磁波便是非机械波．电磁波可在介质（例如大气、水等）中传播，也可在真空（例如太阳到地球之间的太空）中传播．

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1700987017 图　7-54

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1700987019 振动方向与传播方向垂直的波称为横波，绳波、电磁波都是横波．振动方向与传播方向平行的波称为纵波，弹簧波、声波是纵波．地震波中既有横波成分，也有纵波成分，这两种成分波的传播速度不一样．

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1700987021 有的波仅在一条线上传播，或者在一个面上传播，也有的波是在三维空间中传播的．在三维空间中传播的波，某时刻振动相位相同的点组成的面称为波阵面，最前面的波阵面称为波前．波的传播方向线称为波线．在各向同性介质中，过任何一点的波线和波阵面垂直．沿波线方向振动状态的传播速度称为波的相速，简称波速．

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1700987023 波阵面为平面、球面和圆柱面的波，各称为平面波、球面波和柱面波，它们分别如图7-55（a）（b）（c）所示．简谐振动状态传播形成的波称为简谐波，相应地有平面简谐波、球面简谐波和柱面简谐波．正如各种振动都可分解成一系列简谐振动的叠加，任意类型的波也可分解成一系列平面简谐波的叠加，下面将着重讨论平面简谐波．

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1700987028 图　7-55

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1700987030 7.5.2　平面简谐波

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1700987032 按简谐振动方式，用手上下抖动细绳的一端，形成的波是在一条线上传播的简谐横波，某时刻波形曲线如图7-56所示．将线波沿着图平面的前后方向延展，便可拓宽成为在一个面上展开的简谐波，它类似于家庭主妇手中的“床单波”．此时，图中P点被延展成一条同相位的直线．再将“床单波”上下延展，构成厚厚的一摞“床单波”，原来同相位的直线被延展为同相位的平面，即成三维空间中的平面简谐横波．反之，三维空间平面简谐横波通过上下、前后压缩，可简约成图7-56的线波，于是在图像上便用这样的线波来简约地表述三维空间平面简谐横波．其实平面简谐横波沿任一波线方向振动状态的传播都是一样的，自然可用任一波线（例如图7-56中的x轴）方向上的线波来代表整个平面简谐横波．

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