簡介：根據(jù)理論計算，平面波的聲壓方程為,第四章聲波,§41聲波的基本性質(zhì),頻率在2020000HZ的機械縱波可以引起人的聽覺，稱為聲波。頻率高于20000HZ的機械波稱為超聲波。頻率低于20HZ的機械波稱為次聲波。,一、聲壓當聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的密度作周期性變化，稠密時壓強大，稀疏時壓強小。介質(zhì)中某一點的壓強與無聲波通過時的壓強之差，稱為該點的瞬時聲壓，單位是NM2,習題3，6，8，9，11，12，14,聲壓幅值,聲壓在一個周期的方均根幅值稱為有效聲壓，用PE表示,PE為可測值。,介質(zhì)質(zhì)點振動速度的幅值有VM?A,Z稱為介質(zhì)的聲阻抗，單位是KGM2S1。醫(yī)學上常用瑞利。1瑞利KGM2S1,,表41中列出了人體正常組織的聲速、密度和聲阻抗,二、聲特征阻抗,三、聲強單位時間內(nèi)通過垂直聲波傳播方向的單位面積的聲波能量，稱為聲強。,聲強為,聲波在傳播過程中，遇到兩種聲阻抗不同的介質(zhì)界面時，發(fā)生反射和折射。反射波的強度與入射波的強度之比稱為強度反射系數(shù)，用?IR表示。透射波的強度與入射波的強度之比稱為強度透射系數(shù)，用?IT表示。,理論證明在垂直入射的條件下，有,由此可知，當兩種介質(zhì)的聲阻抗相差較大時，反射強，透射弱；聲阻抗相近時，透射強，反射弱。,第二節(jié)聲強級和響度級一、聲強級在聲學中通常采用對數(shù)標度來量度聲強，稱為聲強級，單位為貝爾（B），分貝（DB1/10B）通常取1000HZ聲音的聽閾值I01012WM2作為標準參考聲強，任一聲波的聲強I與標準參考聲強I0的比值的對數(shù)，即為該聲波的聲強級，用L表示。,由聽閾線、痛閾線、20HZ和20000HZ線所為成的區(qū)域，稱為聽覺域。,（每根紅線為等響度線）,人耳的平均聽覺范圍,為了區(qū)分各種不同聲音響度的大小，選用1000HZ聲音的響度作為標準，將其他頻率聲音的響度與此標準相比較，只要它們的響度相同，它們就有相同的響度級。它的強度在數(shù)值上等于響度級，響度級的單位是方PHON。,二、響度級,多普勒效應因波源或觀察者相對波傳播的介質(zhì)運動，致使觀察者接收的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。,一、何謂多普勒效應,引言,波源的速度為,周期頻率分別為,觀察者速度,接收者接收到的頻率,二、多普勒效應的定量研究,1）波源與觀察者均相對媒質(zhì)靜止,接收的頻率就是接收者單位時間內(nèi)接收到的波的個數(shù),波源振動的頻率,啟示,2）波源不動，觀察者以速度相對媒質(zhì)運動,接收頻率提高,A）觀察者朝向波源運動,B）觀察者遠離波源運動,接收頻率降低了,3）觀察者靜止，波源以速率運動,A）波源朝向觀察者以速度運動,接收頻率增高了,B）波源遠離觀察者以速度運動,接收頻率降低了,4,A）波源與接收者相互靠近,接收頻率增高了,4）波源及觀察者同時運動,5,B）波源與接收者相互遠離,,接收頻率降低了,6,公式歸一,其中波源靜止,觀察者靜止,二者相互靠近,二者相互遠離,取正值代入,取負值代入。,,,注意默認的前題,,,,波源與觀察者的運動不在一條直線上，則必須將速度向連線方向投影。,第十一節(jié)超聲波及其醫(yī)學應用一、超聲波的特性1、機械作用2、空化作用3、熱作用此外，還有化學作用、生物作用等。超聲與物質(zhì)的作用被廣泛應用于超聲技術，如清洗、殺菌、制藥和治療等方面。,二、超聲波的產(chǎn)生與探測壓電式換能器，也叫探頭,4、超聲多普勒血流儀,U為超聲波在人體內(nèi)的傳播速度。,由紅細胞反射回來的超聲波被靜止的探頭接收，這些紅細胞相當于以V運動著的聲源，探頭接收到的頻率?“為,設作為靜止聲源的探頭發(fā)射超聲波的頻率為?,血管中隨血流以速度V運動著的紅細胞接收到的頻率為?‘,探頭發(fā)出的超聲波頻率與接收的回波頻率之差，即多普勒頻移??為,可以算出血流速度。,因為U??VCOS?,所以,5、彩色多普勒血流成像儀（簡稱“彩超”）,三簡諧振動,1、定義,描述某系統(tǒng)的物理量Q，若是時間T的正弦或余弦的周期函數(shù)，則該系統(tǒng)作諧振動。,2）判據(jù),物理量Q滿足,或,B、C為常數(shù),3、三要素（以機械振動為例）,?振幅振動中的物理量變化時的最大值。,?周期和頻率（圓頻率）,周期完成一個全振動所經(jīng)歷的時間；,頻率一秒鐘內(nèi)完成全振動的次數(shù)；,圓頻率,決定諧振動狀態(tài)及進程的物理量。,T0時的相位稱為。反映T0時的位置與狀態(tài)。,初相,注意A由振動的初始條件決定,?相位,4）諧振動的表示,?三角函數(shù)及振動曲線,?復數(shù),?旋轉(zhuǎn)矢量,,,,,,,,,,,,,,5）諧振動的能量,6）諧振動的合成,?兩個同頻率同振動方向的諧振的合成,注意,A）方法上用矢量法最直觀,,,,B）振動的加強減弱的條件,?兩個不同頻率但周期相差不大的、同振動方向的、頻率較高的諧振的合成“拍”,,,,?在垂直方向上的兩個諧振動的合成,,方法解析法消去T，得軌跡方程,作圖法,,作圖法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,四）波動學基礎,橫波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直的波,1、波的形成及分類,機械波由彈性媒質(zhì)具有彈性聯(lián)系而使機械振動由近及遠傳播的過程。,質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波。,縱波,注意波動乃是振動狀態(tài)（相位）的傳播過程；能量傳播的過程；是時空的周期性運動。,固體中,橫波,縱波,繩波,液體中的縱波,,電磁波由電磁場相互激發(fā)、相互依存從而使電磁場由近及遠傳播的過程。,電磁波由電磁場相互激發(fā)、相互依存從而使電磁場由近及遠傳播的過程。,橫波性；,偏振性；,傳播的光速性；,B、電磁波的物質(zhì)具有能量、質(zhì)量、動量,輻射能強度烏莫夫玻印廷矢量,單位體積的質(zhì)量,單位體積的動量,平均輻射能強度,2、波的描述,A、幾何描述,同相面（波面）在波傳播的介質(zhì)中，相位相同的點所連成的面。,,波前（波陣面）波動到達的各點所連成的面。（最前面的波面）。,波線波傳播的方向線,2、波的描述,A、幾何描述,B、波的周期性描述,二者關系,C、波的數(shù)學描述,波動方程,,,R,,,R,對平面波,對球面波,R1,R,,波動的微分方程,,D、波的能量描述（對簡諧波面而言）,?、能量密度單位體積中的能量,?、平均能量密度,一周期內(nèi)能量密度的平均值,?、平均能流密度,?、平均能流密度（波強）,即單位時間內(nèi)通過垂直于波動傳播的方向的單位面積中的平均能量。,單位,含義描述波的能量強弱,?、聲波的聲強級,3、波的傳播,設N列波分別在空間P點產(chǎn)生的位移分別為,則該點的總位移,?惠更斯原理的表述,?波的干涉,P的合振動,?干涉現(xiàn)象滿足一定條件（相干條件）的兩波源發(fā)出的相干波，在相遇的空間，有的地方振動始終加強，有的地方振動始終減弱或相消的現(xiàn)象（波動的特征之一）。,相干條件同頻率、同振動方向、周相相同或周相差恒定的波源產(chǎn)生的波。,干涉條件,非以上值，,當,非以上值，,干涉的特例駐波,兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播彼此相遇疊加而形成的波。,,,,開始計時,Ⅰ波形定居，但波輻隨時間變化；,Ⅳ駐波乃是振動系統(tǒng)的穩(wěn)定振動狀態(tài)，其能流密度為零，振動的動能與勢能在腹點與節(jié)點附近質(zhì)點間相互轉(zhuǎn)化。,Ⅱ存在波腹、波節(jié)點，位置關系如圖；,Ⅲ各質(zhì)點振輻不同，但相鄰兩節(jié)點間的質(zhì)點的振動同相節(jié)點兩側質(zhì)點的振動反相；,?多普勒效應,多普勒效應因波源或觀察者相對波傳播的介質(zhì)運動，致使觀察者接收的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。,Ⅳ駐波乃是振動系統(tǒng)的穩(wěn)定振動狀態(tài)，其能流密度為零，振動的動能與勢能在腹點與節(jié)點附近質(zhì)點間相互轉(zhuǎn)化。,Ⅲ各質(zhì)點振輻不同，但相鄰兩節(jié)點間的質(zhì)點的振動同相節(jié)點兩側質(zhì)點的振動反相；,公式歸一,其中波源靜止,觀察者靜止,二者相互靠近,二者相互遠離,取正值代入,取負值代入。,,,
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