大学物理第2章 波动.ppt

随着振动在介质中的传播，能量也从介质的一端传到另一端，波动是能量传递的一种形式。 1.平均能流 单位时间内垂直通过介质中某一面积的能量。 在介质中取体积 ， 波速方向垂直于面积S 长为 u ，则能流为 单位：焦耳/秒，瓦，J?s-1， 与功率相同 三.平均能流、波强 2.平均能流密度----波强 单位时间内通过垂直于波的传播方向的单位面积上的平均能量。 单位：J?s-1?m-2 ， W ?m-2 例：一球面波源的功率为 100W，则距波源 10m 处，波的平均能流密度 I 是多少？ 解： （W ?m-2 ） 一、波动中的几个概念 1.波线 波的传播方向为波线。 2.波面 振动相位相同的各点组成的曲面。 3.波前 某一时刻波动所达到最前方的各点所连成的曲面。 波线 平面波 球面波 波前 波面 波线 波面 波前 §5 惠更斯原理 二、惠更斯原理 1.介质中波动到的各点，都可看成发射子波的子波源（点波源）。 2.任意时刻这些子波的包络面就是新的波前。 平面波 t+?t时刻波面 u?t 波传播方向 t 时刻波面 球面波 t+ ?t 三、波的衍射 波在传播过程中，遇到障碍物时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播。 利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射。 波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。 水波通过狭缝后的衍射图象。 2.用惠更斯作图法导出了光的折射定律 历史上说明光是波动 作图步骤： u2?t 媒质1 折射率n1 媒质2 折射率n2 i 法线 B 入射波 A · · E · C u1 u1?t · · F D u2 折射波传播方向 r 一.波的叠加原理 1.几列波相遇后仍保持它们原有的特性（频率、波长、振幅、传播方向）不变，互不干扰。 2.在相遇区域内任一点的振动为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。 §6 波的干涉 细雨绵绵独立传播 二.波的干涉现象 频率相同、振动方向相同、有恒定的相位差的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，或始终减弱的现象。 三.相干波条件 1.两列波振动方向相同； 2.两列波频率相同； 3.两列波有稳定的相位差。 加强 减弱 四.加强减弱条件 两列波 为同方向同频率振动合成。合成后振幅为 1.加强条件 当 时，波程差为 当波程差为波长的整数倍时加强。 2.减弱条件 当 时，波程差为 当波程差为半波长的奇数倍时减弱。 例：两相干波源 A、B 位置如图所示，频率? =100Hz，波速 u =10 m/s，?A-?B=?，求：P 点振动情况。 解： P点干涉减弱。 一、驻波 驻波是两列振幅、频率和传播速率都相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的。 当一列波遇到障碍时产生的反射波与入射波叠加可产生驻波----波形不传播。 1.驻波的产生 §7 驻 波 反射波 入射波 二 、驻波方程 驻波方程 2.振幅项 只与位置 x 有关， 随位置的不同而不同,与时间 t 无关。 3.波节----振幅始终为 0 的位置。 波节 三、讨论 1.驻波不是行波,各点都在做简谐振动,且振动频率相同,都等于原来波的频率. 5.波节、波腹位置 4.波腹----振幅始终最大的位置。 波腹 ①.波节位置 波节 ②.相邻波节距离 波腹 波节 ③.波腹位置 波腹 波节 振幅为2A ④.相邻波腹距离 波腹 波节 波节与波腹之间的距离为 除波节、波腹外，其它各点振幅 6.驻波的波形、能量都不能传播，驻波不是波，是一种特殊的振动。 7.波节两侧的振动相位相反。 8.两波节间同步振动。 四、半波损失 1.半波损失条件 ①.波从波疏媒质进入波密媒质； ②.反射波存在半波损失，相位突变?。 在介质分界是波节还是波腹与这两种介质性质有关。 如果 界面处出现波节；则介 质1称为波疏媒质，介质2称为波密媒质。 如果 界面处出现波腹；则介 质1称为波密媒质，介质2称为波疏媒质。 2.相位突变 界面处为波节时，反射波相位突变了?，相当半个波长的波程----半波损失。 五、弦线上驻波形成条件 当弦长为 才能形成驻波。 由 代入 当? 为 的整数倍的波才能形成驻波。 §8 多普勒效应 一、关于 二、机械波的多普勒效应 多普勒效应 由于波源、探测器的相对运动而引起探 测的频率与波源发射的频率不等的现象 一、三种频率： 振源振动的频率 介质中某点振动的频率 探测器探测的频率 振源、探测器的