平均能流密度聲強與聲壓

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1、§10.4平均能流密度·聲強與聲壓§10.4.1介質(zhì)中的能量分布§10.4.2平均能流密度§10.4.3聲強與聲強級§10.4.4聲壓·聲強和聲壓的關(guān)系§10.4.5聲波的衰減·超聲波的優(yōu)勢§10.4.6波的反射和透射·半波損失§10.4平均能流密度·聲強與聲壓§10.4.1介質(zhì)中的能量分布1.波的能量每個體元振動所具有的動能之和2.能量密度每個體元形變所具有的勢能波場中單位體積的能量體元振動的動能：3.細棒中機械橫波能量密度體元質(zhì)量m=?dVyO體元形變勢能：彈性力關(guān)系切變模量若細棒中傳播的是簡諧

2、波又體元總機械能：(2)E最大值出現(xiàn)在形變最大處(1)Ek=Ep隨時間周期性變化，周期為波動周期的一半.即T=???4.討論波形極大極小(3)波動的能量與振動能量是有區(qū)別的.平均能量密度能量密度普適結(jié)論平均能流密度——單位時間通過垂直于波的傳播方向上單位面積的平均能量.1.平均能流密度簡稱能流密度，或波強(坡印廷矢量).平均能流密度是矢量,方向沿波的傳播方向.§10.4.2平均能流密度2.波的功率P（平均能流）功率——單位時間通過截面S的平均能量S為任意曲面時波源功率S與I垂直P=ISS與I不垂直,

3、I與S法向成?角,P=IScos?[證明]平面波,在垂直于I方向取兩平面S1=S2所以,平面波振幅相等：[求證]在均勻不吸收能量的媒質(zhì)中傳播的平面波在行進方向上振幅不變.得證.對球面波：P1=P2即I1S1=I2S2球面波即振幅與離波源的距離成反比。球面簡諧波的波函數(shù)：聲波——能引起聽覺的機械波聲波：次聲波：超聲波：人的聽覺與頻率和聲強有關(guān).最低聲強（聞閾）I0=10-12W/m2(約1000Hz)最高聲強（痛閾）I?10W/m2(約1000Hz)聲強——聲波的波強§10.4.3聲強與聲強級聲強級—

4、—人耳所感受到的聲音的響度.聲波傳播的速度幾乎與頻率無關(guān)，而速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，所以聲波傳播的速度對于溫度和壓強的變化很敏感.定義聲強級I0為人耳聽得到的最小聲強（標準聲強）.（紅線為等響度線）語言區(qū)域痛閾聞閾?/HZ20100050010050001000002040608010012010-210-410-610010-810-1010-12L/dbI/W?m-2引起痛覺的聲音炮聲鉚釘機交通繁忙的亍道通常談話耳語引起聽覺的最低聲音樹葉沙沙聲聲源聲強/W?m-21110-210-510-610-

5、1010-1110-12聲強級/dB震耳響正常輕極輕120100706020100120噪聲的利用噪聲，一向為人們所深惡痛絕。但是，也許你不知道，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，人們已能利用噪聲造福人類。噪聲除草科學家發(fā)現(xiàn)，不同的植物對不同的噪聲敏感程度不一樣。根據(jù)這個道理，人們制造出噪聲除草器。這種噪聲除草器發(fā)出的噪聲能使雜草的種子提前萌發(fā)，這樣就可以在作物生長之前用藥物除掉雜草，用“欲擒故縱”的妙策，保證作物的順利生長。噪聲診病美妙、悅耳的音樂能治病，這已為大家所熟知。但噪聲怎么能用于診病呢？最近，科學

6、家制成一種激光聽力診斷裝置，它由光源、噪聲發(fā)生器和電腦測試器三部分組成。使用時，它先由微型噪聲發(fā)生器產(chǎn)生微弱短促的噪聲，振動耳膜，然后微型電腦就會根據(jù)回聲，把耳膜功能的數(shù)據(jù)顯示出來，供醫(yī)生診斷。它測試迅速，不會損傷耳膜，沒有痛感，特別適合兒童使用。此外，還可以用噪聲測溫法來探測人體的病灶。最近科學家又提出一種聲波清除法，利用噪聲來消除噪聲，……看來，掌握科學知識并善于利用它，可以為人類做許許多多有益的事?！?0.4.4聲壓·聲強和聲壓的關(guān)系波不僅傳遞能量還傳遞動量.伴隨波的傳播，還存在壓強的傳播.聲

7、壓p是有聲波傳播的空間某一點在某一瞬時的壓強p0是沒有聲波時的壓強xyOeff?yaybaa?bb?yccc?d設(shè)簡諧波方程體元速度聲壓波方程可表示為聲壓幅若波沿負x方向傳播波阻或波在介質(zhì)中傳播時，波強逐漸減弱§10.4.5聲波的衰減·超聲波的優(yōu)勢聲強級I——入射初始聲強，Id——深入介質(zhì)d距離處的聲強,?——衰減系數(shù).1MHz頻率超聲波經(jīng)過幾種介質(zhì)的衰減系數(shù)介質(zhì)?0/dB·cm-1空氣10鋁0.02骨骼3~10蓖麻油1肺40肌肉1.5~2.5一種有機玻璃2軟組織0.3~1.5水0.002超聲波超聲

8、波是頻率高于20000Hz的聲波波長極短。它的特點是能流密度大方向性好穿透力強聲納：定位、測距、探傷、顯象超聲波探傷：能在不透明的材料中傳播，可以用來檢查金屬零件內(nèi)部的缺陷醫(yī)學B超：用以探測人體內(nèi)部的病變焊接：由于能量大而集中可用來切削、焊接，鉆孔，清洗機件還可用來處理種子和催化。非聲學量的聲學測量：超聲波的傳播速度對于介質(zhì)的密度、濃度、成分、溫度、壓力的變化很敏感，利用這些可間接測量其他有關(guān)物理量?？栈饔茫撼暡梢砸鹨后w的疏密變化，使液體時而受壓、時而受拉。形