大学物理光的波洞葱炉市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第1页声波、水波、电磁波都是常见波。声波、水波、电磁波都是常见波。各种类型波有其特殊性,但也有普遍共各种类型波有其特殊性,但也有普遍共性,性,能够用相同数学形式来描述能够用相同数学形式来描述。波动分类:波动分类:机械波、机械波、电磁波电磁波、物质波物质波。与微观粒子对应波与微观粒子对应波Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.
2、5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第2页一、一、机械波机械波产生条件(产生条件(源和路源和路)1.波源波源 2.连续介质连续介质 1 机械波形成和传输机械波形成和传输二、机械波类型二、机械波类型1.横波横波:介质中质点振动方向与波传输方向:介质中质点振动方向与波传输方向垂直垂直2.纵波纵波:介质中质点振动方向与波传输方向:介质中质点振动方向与波传输方向平行平行1)横波只能在固体中。横波只能在固体中。2)纵波在全部物质中都能够传输。纵波在全部物质中都能够传输。Evaluation only.Created with Aspose.
3、Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第3页波速波速注意注意1、有有些些波波既既不不是是横横波波也也不不是是纵纵波波。如如:水水表表面面波波既既非非横横波波又又非非纵纵波波。水水波波中中质质元元是是做圆(或椭圆)运动。做圆(或椭圆)运动。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第4页flashEvaluation only.Create
4、d with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第5页&波动波动是振动状态(相位)传输,是能量传输是振动状态(相位)传输,是能量传输,质元并未质元并未“随波逐流随波逐流”。&后面质点振动规律与前面质点振动规律后面质点振动规律与前面质点振动规律相同,只是位相上有一个落后。相同,只是位相上有一个落后。主要结论主要结论:Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyrig
5、ht-Aspose Pty Ltd.第6页三、波长、波周期和频率波长、波周期和频率 波速波速波动描述波动描述1、波长波长l l 同一时刻,两个相邻相位差同一时刻,两个相邻相位差 为为2 振动质点间距离振动质点间距离。3、频率频率n n 单位时间内波向前传输完整波单位时间内波向前传输完整波 数目数目.(1s内向前传输了几个波长)内向前传输了几个波长)2、波周期波周期T 波传过一个波长时间。波传过一个波长时间。周期或频率只决定于波源振动周期或频率只决定于波源振动Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile
6、 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第7页 在波动过程中,某一在波动过程中,某一振动状态振动状态在单在单位时间内传输距离。位时间内传输距离。波速由介质波速由介质弹性性质弹性性质和和惯性性质惯性性质决定。决定。4、波速:、波速:钢铁中钢铁中 水水 中中比如,声波在空气中比如,声波在空气中Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第8页波面波面波线波线波面波面波线波线波线波线波波面面平面波平面波球面波球面
7、波各向同性均匀介质中,波线恒与波面垂直。各向同性均匀介质中,波线恒与波面垂直。四、波线和波面四、波线和波面波线波线波面波面波前波前Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第9页五、简谐波五、简谐波 简谐波是最基本波动,波源和介质简谐波是最基本波动,波源和介质各质点均作简谐振动。数学上傅里叶各质点均作简谐振动。数学上傅里叶分解法告诉我们,分解法告诉我们,任何非简谐振动都能够任何非简谐振动都能够分解为许多简谐振动组合分解为许多简谐振动
8、组合。所以,研究。所以,研究简谐波尤其主要。简谐波尤其主要。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第10页一、平面简谐波波函数一、平面简谐波波函数1、右行波右行波波动方程:波动方程:(1)已知)已知O点振动表示式:点振动表示式:&P点在点在t时刻振动状态时刻振动状态,与与O点在点在(t-x/u)时刻振动时刻振动状态相同。状态相同。2 平面简谐波波动方程平面简谐波波动方程(O点不一定点不一定是波源)是波源)或或&P点相位比点相位比
9、O点相位落后点相位落后 。参考点参考点O(滞后效应)滞后效应)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第11页(2)如图,已知)如图,已知 P 点振动方程:点振动方程:或或Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第12页(1)已知)已知O点振动表示式:点振动表示式:或
10、或2、左行波、左行波波动方程:波动方程:(超前效应)超前效应)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第13页(2)如图,已知)如图,已知 P 点振动方程:点振动方程:或或Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第14页注意:注意:(波含有时间周期性波含有时间周期性)
11、当当 x 固定时固定时:(波含有空间周期性)(波含有空间周期性)当当t一定时一定时:Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第15页1、t 一定时波形图一定时波形图(快照)(快照)t时刻时刻 t+时刻时刻讨论各讨论各质点在质点在给定时给定时刻振动刻振动方向方向二、波函数物理意义二、波函数物理意义Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile
12、 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第16页例例1:如图所表示,为一简谐波在:如图所表示,为一简谐波在t=0时刻波时刻波 形图。试写出形图。试写出O、1、2、3点初位相点初位相解:画出下一时刻波形图解:画出下一时刻波形图t+txyt=0uO123图图1yt=0uO123x图图2t+t(1)(2)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第17页t讨论质点在某一时刻振动方向讨论质点在某一时刻振动方向质点
13、振动速度质点振动速度2、x一定,一定,t 改变。改变。表示表示 点处质点振动方程(点处质点振动方程(关系)关系)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第18页 t时刻时刻 t+时刻时刻波速即波形平移速度!波速即波形平移速度!3、t、x都改变时:都改变时:对应跑动波形(行波)对应跑动波形(行波)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile
14、 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第19页通常:通常:x1x2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第20页例例2:一平面简谐波某时刻波形图以下,:一平面简谐波某时刻波形图以下,则则OP之间距离为多少厘米。之间距离为多少厘米。0p220cm解题思绪:解题思绪:YO设波向右传输(设波向右传输(P点落后于点落后于O点点)思索:若设波朝左传,则思索:若设波朝左传,则YOEvaluation only.
15、Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第21页例例3:一一平平面面波波在在介介质质中中以以速速度度 u=20m/s 沿沿x 轴轴正正方方向向传传输输,已已知知在在传传输输路路径径上上某某点点a点点振振动动方方程为程为 ya=3cos4 t (m)(1)以)以a为坐标原点写出波动方程。为坐标原点写出波动方程。(2)以距)以距a点点5m处处o点为坐标原点,点为坐标原点,写出写出 波动方程。波动方程。(3)求出求出oc 两点之间位相差两点之间位相差Oa5mxc8m
16、Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第22页0a5mxc8m解解:ya=3cos4 t(1)a为坐标原点:为坐标原点:(2)0点为坐标原点:点为坐标原点:0 点振点振动方程动方程p(x)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第23页(3)求出求出oc 两点之间位
17、相差两点之间位相差0a5mxc8mEvaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第24页例例4:沿:沿X轴正方向传输平面简谐波、在轴正方向传输平面简谐波、在 t=2s 时波形如时波形如图,已知图,已知A、u及及 ,问:,问:1)原点)原点O初相及初相及P点初相各为点初相各为多大?多大?2)写出波动方程。)写出波动方程。解题思绪:解题思绪:思索思索:求求O、P两点之间位相差。两点之间位相差。0pt=2sYOt=2sEvaluation o
18、nly.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第25页设有一行波:设有一行波:#质量为质量为 媒质元其动能为:媒质元其动能为:3 波能量波能量质元速度:质元速度:一、一、媒质中振动动能媒质中振动动能Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第26页二、二、媒质中振动势能媒质中振动势能能够证实:能够证
19、实:势能:势能:*任意时刻,体元中动能与势能相等,同相地任意时刻,体元中动能与势能相等,同相地随时间改变。这不一样于孤立振动系统。随时间改变。这不一样于孤立振动系统。总能:总能:Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第27页 3 波能量(补充)波能量(补充)胡克定律:胡克定律:在弹性程度内,在弹性程度内,应力应力和和应变应变成正比。成正比。式中式中E为关于线变百分比系数,为关于线变百分比系数,它随材料不一样而不一它随材料不一样而
20、不一样样,叫,叫杨氏模量杨氏模量。ll+l Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第28页2 振动动能振动动能xOyO以固体棒中传输纵波为例分析波能量以固体棒中传输纵波为例分析波能量.Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第29页xOyO2 弹性势能弹性势能Eva
21、luation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第30页 能量能量极小极小能量能量极大极大弹性势能与媒质元弹性势能与媒质元相对形变量相对形变量平方成正比,也就平方成正比,也就是与是与波形图上斜率波形图上斜率平方成正比。平方成正比。2 体积元在平衡位体积元在平衡位置时,动能、势能和置时,动能、势能和总机械能均最大总机械能均最大.2 体积元位移最大时,体积元位移最大时,动能、势能和总机械动能、势能和总机械能均最小能均最小.Evaluation on
22、ly.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第31页v波能量密度:波能量密度:v平均能量密度:平均能量密度:随时间改变随时间改变Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第32页#也适合用于球面波也适合用于球面波#平均能流平均能流三、三、能流和能流密度能流和能流密度1、能流、能流 单位时间单位时间内
23、经过内经过某一截面某一截面能量能量。udtSEvaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第33页2、能流密度(波强度、能流密度(波强度 I)经过经过垂直于垂直于波速方向波速方向单位面积单位面积平均能流。平均能流。波强是矢量,其方向与波速方向相同。波强是矢量,其方向与波速方向相同。波强是与振幅波强是与振幅平方平方成正比,其单位是成正比,其单位是W/m2。能流能流 电流电流 能量能量 电量电量 能流密度能流密度 电流电流 密度密度 Eva
24、luation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第34页例:如图,某一点波源发射功率为例:如图,某一点波源发射功率为40瓦,求球面波上单位面积经过平均能瓦,求球面波上单位面积经过平均能流。流。r解:解:Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第35页(1)在均匀不吸收能量在均匀不吸
25、收能量媒质中传输平媒质中传输平面波在行进方向上面波在行进方向上振幅不变振幅不变。证实:因为证实:因为 所以在单位时间内经过所以在单位时间内经过 和和 面能量应该相等面能量应该相等所以所以,平面波振幅相等。平面波振幅相等。平面波和球面波振幅平面波和球面波振幅Evaluation only.Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright-Aspose Pty Ltd.第36页设距波源单位距离振幅为设距波源单位距离振幅为A,则距,则距波源波源 r 处振幅为处振幅为(2)球面波振幅与它离波源距离成反比。)球
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