物理pt课件市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx
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1、波动光学机械波机械波普通物理普通物理考前辅导考前辅导1第1页第1页复习机械振动复习机械振动简谐振动方程简谐振动方程A:振幅:振幅:角频率:角频率时初相位时初相位振动状态振动状态例例oymk2第2页第2页y振动状态振动状态相位相位角度(弧度)角度(弧度)3第3页第3页t=01.1.机械波发生机械波发生可见:可见:“上游上游”质质元依次带动元依次带动“下游下游”质元振动质元振动某某时时刻刻某某质质元元振振动动状状态态将将在在较较晚晚时时刻刻于于“下下游游”某某处处出出现现-波波是是振振动动状状态传播态传播 “下游下游”点相位点相位(状态状态)总比总比“上游上游”点落后点落后质点并未质点并未随波逐流
2、随波逐流一一.机械波基本机械波基本概念概念正正4第4页第4页 波是相位(振动状态)传播波是相位(振动状态)传播沿波传播方向沿波传播方向,各质元相位依次落后。各质元相位依次落后。x ab xu传播方向传播方向图中图中b点比点比a点相位点相位落后落后5第5页第5页2.波动特性机械波是振动状机械波是振动状态态(相位相位)在弹性媒在弹性媒质中传播质中传播机械波是弹性媒机械波是弹性媒质中各点以一定相质中各点以一定相位差集体振动位差集体振动机械波是振动机械波是振动能量在弹性媒质能量在弹性媒质中传播中传播横波横波横波横波纵纵纵纵波波波波6第6页第6页振源(波源)振源(波源)弹性媒质弹性媒质3.产生条件横波横
3、波横波横波纵波纵波纵波纵波按传播特性分按传播特性分按传播特性分按传播特性分波线波线波面波面波面波面波线波线按波按波面分面分 平面波平面波 球面波球面波4.波分类波分类注注:振动相位相同振动相位相同点点构成面称为波面。构成面称为波面。7第7页第7页频率频率.波长波长.波速波速频率频率 :即波源频率即波源频率波长波长 :振动在一个周期振动在一个周期相邻两同相点之间距相邻两同相点之间距离离内传播距离内传播距离波速波速u:取决于媒质性质取决于媒质性质三者关系三者关系:5.描述波特性量8第8页第8页1.表示式一(波沿表示式一(波沿X X正向传播)正向传播)处质点振动方程为处质点振动方程为振动了振动了t
4、秒,处质点振动了秒,处质点振动了从传到,需时从传到,需时X处质点振动方程为处质点振动方程为uoxy波动方程波动方程二平面谐波波动方程二平面谐波波动方程符号要求符号要求符号要求符号要求质点振动偏离平衡质点振动偏离平衡质点振动偏离平衡质点振动偏离平衡位置位移位置位移位置位移位置位移 y y振动向前传播距离振动向前传播距离振动向前传播距离振动向前传播距离 x x9第9页第9页3.3.关于波动方程关于波动方程与振动方程区别与振动方程区别写出波动方程条件写出波动方程条件原点处振动方程原点处振动方程波速及传播方向波速及传播方向令令 ,得,得 处质点振动方程处质点振动方程即即令令 ,得,得 时刻波形方程时刻
5、波形方程如如yxuoxy2.2.表示式二(波沿表示式二(波沿X X负向传播)负向传播)10第10页第10页例例1 1 一横波沿绳子传播,波动方程为一横波沿绳子传播,波动方程为则则A A 波长波长0.05m B 0.05m B 波长波长0.5m 0.5m C C 波速波速25 m/s D25 m/s D波速波速5 m/s 5 m/s 比较法比较法 写成原则式写成原则式又又u答:答:B11第11页第11页解:解:1.先求先求o处质点振动方程处质点振动方程以以L为原点,为原点,波动方程为波动方程为2.令令x=-L例例 一平面谐波沿一平面谐波沿一平面谐波沿一平面谐波沿X X轴正向传播,已知轴正向传播,
6、已知轴正向传播,已知轴正向传播,已知x=L x=L 处质点处质点处质点处质点 振动方程为振动方程为振动方程为振动方程为 ,波速波速波速波速 为为为为u u,那么那么x=0处质点振动方程为处质点振动方程为得得答答:(A)引伸:引伸:由此可求以由此可求以O为原点波动方程为原点波动方程uyxoL12第12页第12页三、波能量和能流三、波能量和能流1 1、波能量、波能量 波不但是波不但是振动状态振动状态传播,并且也伴伴随振动传播,并且也伴伴随振动能能量量传播。传播。波波能能量量=媒媒质质中中某某体体积积元元振振动动动动能与弹性势能之和能与弹性势能之和 体积元体积元 dV 既振动又变形既振动又变形13第
7、13页第13页体积元内媒质质点总能量为:体积元内媒质质点总能量为:设设有一平面简谐波:有一平面简谐波:1 1)在波动传播过程中,)在波动传播过程中,任意时刻动能和势能不但大小任意时刻动能和势能不但大小相等并且相位相同,同时达到最大,同时等于零相等并且相位相同,同时达到最大,同时等于零。2 2)在波传播过程中,任意体积元在波传播过程中,任意体积元波波能量不守恒。能量不守恒。意义:意义:3)任一体积元体积元波波能量能量在在一周期内一周期内“吞吐吞吐”(吸取(吸取放出)两次,这正是传播放出)两次,这正是传播能量表现。能量表现。dW0吸放14第14页第14页2.2.波波能流密度(波强度能流密度(波强度
8、)注意:注意:波强度正比于振幅平方波强度正比于振幅平方u uS Su ux x物理意义物理意义:描述空间某处描述空间某处波波能量能量传播特性传播特性定义:定义:空间某处单位时间内空间某处单位时间内通过垂直于波动传播方向单位通过垂直于波动传播方向单位面积平均能量。面积平均能量。瓦瓦/米米 215第15页第15页例例 一平面简谐波在弹性媒质中传播,在某瞬时,一平面简谐波在弹性媒质中传播,在某瞬时,媒质中一质元正处于平衡位置,此时它能量是媒质中一质元正处于平衡位置,此时它能量是(A A)动能为零,势能最大。)动能为零,势能最大。(B B)动能为零,势能为零。)动能为零,势能为零。(C C)动能最大,
9、势能最大。)动能最大,势能最大。(DD)动能最大,势能为零)动能最大,势能为零。答答(C)动能为零动能为零势能为零势能为零16第16页第16页(C)例例 一平面简谐波在弹性媒质中传播,在媒质质元从一平面简谐波在弹性媒质中传播,在媒质质元从最大位移处回到平衡位置过程中,最大位移处回到平衡位置过程中,(A A)它动能转化为势能。)它动能转化为势能。(B B)它势能转化为动能。)它势能转化为动能。(C C)它从相邻一段媒质质元取得能量,其能量)它从相邻一段媒质质元取得能量,其能量 逐步增长。逐步增长。(DD)它把自己能量传给相邻一段媒质质元,其)它把自己能量传给相邻一段媒质质元,其能量能量逐步减小。
10、逐步减小。17第17页第17页例例一平面简谐波在一平面简谐波在t t 时刻时刻波形曲线如图示,若此时波形曲线如图示,若此时点处媒质质元振动动能在减小,则点处媒质质元振动动能在减小,则()点处质元弹性势能在增大()点处质元弹性势能在增大()点处质元弹性势能在增大()点处质元弹性势能在增大()点处质元弹性势能在增大()点处质元弹性势能在增大()波沿轴负向传播()波沿轴负向传播y yo ox x解:解:点处质元动点处质元动能在减小能在减小点向上运动点向上运动波形曲线向右移波形曲线向右移答(答()18第18页第18页四、波干涉四、波干涉1 1、波干涉现象波干涉现象几列几列相干波相干波在媒质中传播,空间
11、各点有在媒质中传播,空间各点有振幅始振幅始终最大终最大,有有振幅始终最小,振幅始终最小,此称为此称为干涉干涉相干波源相干波源:相同频率、振动方向相同、恒定:相同频率、振动方向相同、恒定相位差相位差19第19页第19页传播到传播到 P P 点引起振动分别为:点引起振动分别为:在在 P P 点振动为同点振动为同方向同频率振动方向同频率振动合成。合成。设有两个相干波源设有两个相干波源 和和发出简谐波在空间发出简谐波在空间p p点相遇。点相遇。合成振动为:合成振动为:其中:其中:3 3、干涉加强或削弱条件、干涉加强或削弱条件波源振动波源振动方程为方程为20第20页第20页干涉极大极小所满足条件:干涉极
12、大极小所满足条件:阐明:阐明:称为波程差称为波程差干涉极大点、极小点不止一个。干涉极大点、极小点不止一个。干涉极大点、极小点应满足上述条件式干涉极大点、极小点应满足上述条件式隐函数隐函数式中式中干涉极大干涉极大干涉极小干涉极小21第21页第21页例例(2-27)两振幅均为两振幅均为A相干波源相干波源 和和 相距相距若在若在 连线上连线上 外側各点合振幅外側各点合振幅均为均为2A,则两波初相位差是则两波初相位差是x0(k=0)即即22第22页第22页六、特殊干涉现象:特殊干涉现象:驻波驻波1、发生条件:两列振幅相同相干波,在同一、发生条件:两列振幅相同相干波,在同一直线上沿相反方向传播直线上沿相
13、反方向传播23第23页第23页驻波驻波2、特性:、特性:无行走之波形无行走之波形波节波节波腹波腹两波节之间两波节之间点相位相同点相位相同3.24第24页第24页量子光学:光量子性量子光学:光量子性物理光学:物理光学:波动光学:光干涉,衍射,偏振波动光学:光干涉,衍射,偏振第一部分第一部分-光干涉光干涉预备知识预备知识A相干波:两列波频率相同相干波:两列波频率相同 振动方向平行振动方向平行 相相位差固定。位差固定。B.干涉极大极小位置所满足条件:干涉极大极小位置所满足条件:有有有有基本理论基本理论实例实例(不考不考)25第25页第25页(1 1)光是原子內部发出电磁波光是原子內部发出电磁波v0H
14、E一一.基本理论基本理论1 1、光波动理论、光波动理论 (2 2)光波中参与与物质互相作用(感光作用、光波中参与与物质互相作用(感光作用、生理作用)是生理作用)是 矢量,称为矢量,称为光矢量光矢量。矢量振动称为矢量振动称为光振动光振动。26第26页第26页(3 3)原子发光特点:)原子发光特点:间歇性间歇性随机性随机性每一原子发光是间歇,每次连续每一原子发光是间歇,每次连续每一原子每一次发出波列是单色。(有固定每一原子每一次发出波列是单色。(有固定频率频率 振动方向和初相。)振动方向和初相。)每一原子先后发出波列,其频率每一原子先后发出波列,其频率 振动方向振动方向和初相都是随机。(能够取任何
15、值)和初相都是随机。(能够取任何值)两束光两束光不相干!不相干!间歇间歇秒,再发出波列秒,再发出波列27第27页第27页 波动所到达媒质中各点,都能够看作为发射子波动所到达媒质中各点,都能够看作为发射子波波源,而后一时刻这些子波波阵面包迹便是波波源,而后一时刻这些子波波阵面包迹便是新波阵面。新波阵面。惠更斯原理惠更斯原理t28第28页第28页2.2.取得相干光路径(办法)取得相干光路径(办法)干涉干涉干涉干涉干涉干涉提升光源质量提升光源质量 如采用激光器可取得单色性较好光如采用激光器可取得单色性较好光-相干光源相干光源对普通光源:可将光源上一发光点光分成两束,各经历不同路径再会合迭加。(同“成
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