波的能量、干涉.ppt

* 波场中，弹性介质的振动使介质具有动能，同时介质因形变而具有势能。 波动的过程实际是能量传递的过程。 1.波动的动能 质元振动动能: 弹性介质中取一体积元 dV，质元振动速度为 v ，质量 一、波的动能、势能和能量 2.波动的势能 由于介质发生形变而具有势能，可以证明体元内具有的势能与动能相等，是同步变化的。 势能 Ek、EP 同时达到最大 同时达到最小 平衡位置处 最大位移处 y x 0 y x y =Acos?(t-x/u) 0 u x x+?x y 质元的形变小 质元的形变大 3.波动的能量 4.波动的能量与振动能量的区别 振动能量中Ek、EP相互转换，系统总机械能守恒。 波动能量中Ek、EP同时达到最大，同时为零，质元的总能量不守恒。一个质元与“上下游”的相邻质元之间有能量交换。 1.能量密度 单位体积内的能量 2.平均能量密度 能量密度在一个周期内的平均值. 二、能量密度 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 : 则V体内的能量在1秒内全部流过横截面S， 三、平均能流、波强 ∴平均能流： 2.平均能流密度----波强 单位时间内通过单位横截面积上的平均能量。 单位：J?s-1?m-2 ， W ?m-2 单位：焦耳/秒，瓦，J?s-1，W 与功率相同 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 ） 前面讨论了波动的基本概念，现在讨论与波的传播特性有关的现象、原理和规律。波在传播中，由于某些原因，其传播方向、频率和振幅都有可能改变。惠更斯原理给出的方法（惠更斯作图法）是一种处理波传播方向的普遍方法。 引：开始研究波的传播 新的波阵面 媒质中波动到达的各点都可看作发射同频率的子波波源，在其后一时刻的波阵面，由这些子波波面的包迹决定。 一、惠更斯原理的表述 1、从某时刻的波阵面得到下一时刻的波阵面 球面波 时刻的 波阵面 t 时 刻 的 波 阵 面 时刻的波阵面 平面波 t 时 刻 的 波 阵 面 时刻的 波阵面 时刻的 波阵面 二、惠更斯原理对现象的解释 2、解释反射定律、折射定律 反射定律：波在媒质介面上传播时，入射角等于反射角，入射线反射线及介面的法线均在同一平面内。 介面 折射定律：波经过两种媒质介面进行折射（媒质“1”进入媒质“2”）时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等到于波在第一种媒质中的波速与在第二种媒质中的波速之比 “1” “2” 解释反射定律 A B C D E F 用惠更斯作图法导出了光的折射定律 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 折射定律 绝对折射率定义 即 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 导出折射定律 得 3、解释衍射现象 衍射（绕射）--波动在传播过程中遇到障碍物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　时能绕过障碍物的边缘前进的现象 “室外讲话，墙外有耳” 水波的衍射 解释： 不足：不能解释波的强度 及为什么只考虑向 前传播的波。 更容易听到男的还是女的说话的声音？ 衍射是否明显？ 视衍射物（包括孔、缝）的线度与波长相比较 对一定波长的波 线度小衍射现象明显 线度大衍射现象不明显