(34)波的能量、干涉、驻波jsp-精选(公开课件).ppt

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3) 驻波的能量 驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化,在相邻的波节间发生动能和势能间的转换,动能主要集中在波腹,势能主要集中在波节,但无长距离的能量传播. A B C 波节 波腹 位移最大时 平衡位置时   波节处的质点动能为零,相对形变最大,只有势能;波腹处的质点相对形变最小,势能最小(为零),只有动能。   各质点同时到达最大位移时,动能为零,势能不为零,波节处形变最大,势能集中在波节。当各质点同时回到平衡位置时,全部势能为零,动能最大,波腹处质点速度最大,动能集中在波腹。 其它时刻,则是动能和势能并存。 入射波在反射时发生反相的现象称为半波损失。 折射率较大的媒质称为波密媒质; 折射率较小的媒质称为波疏媒质. 三、半波损失(相位跃变) 界面处为驻波波节处、振幅为零 (有半波损失) 界面处为驻波波腹处、振幅最大 (无半波损失) 相位跃变(半波损失) 当波从波疏介质垂直入射到波密介质, 被反射到波疏介质时形成波节. 入射波与反射波在此处的相位时时相反, 即反射波在分界处产生 的相位跃变,相当于出现了半个波长的波程差,称半波损失. 当波从波密介质垂直入射到波疏介质, 被反射到波密介质时形成波腹. 入射波与反射波在此处的相位时时相同,即反射波在分界处不产生相位跃变. * 机械波 (34)波的能量、干涉、驻波 * 一 波动能量的传播 当机械波在媒质中传播时,媒质中各质点均在其平衡位置附近振动,因而具有振动动能. 同时,介质发生弹性形变,因而具有弹性势能. x O x O 以固体棒中传播的纵波为例分析波动能量的传播. 波的能量 振动动能 x O x O 杨氏模量 弹性势能 x O x O 体积元的总机械能 讨 论 体积元在平衡位置时,动能、势能和总机械能均最大. 体积元的位移最大时,三者均为零. 1)在波动传播的媒质中,任一体积元的动能、 势能、总机械能均随 作周期性变化,且变化是同相位的. 2) 任一体积元都在不断地接收和放出能量,即不断地传播能量 . 任一体积元的机械能不守恒 . 波动是能量传递的一种方式 . 能量密度:单位体积介质中的波动能量. 平均能量密度:能量密度在一个周期内的平均值. 二 波的能流和能流密度 能流:单位时间内垂直通过某一面积的能量. 平均能流: 能流密度 ( 波的强度 ) : 通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流. udt S 例 证明球面波的振幅与离开其波源的距离成反比,并求球面简谐波的波函数. 证 介质无吸收,通过两个球面的平均能流相等. 即 式中 为离开波源的距离, 为 处的振幅. 球 面 波 平 面 波 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源,而在其后的任意时刻,这些子波的包络就是新的波前. 一 惠更斯原理 O 波的传播 波的衍射 水波通过狭缝后的衍射 波在传播过程中遇到障碍物时,能绕过障碍物的边缘,在障碍物的阴影区内继续传播. 二 波的衍射 N 界面 三 波的反射和折射 R N 界面 I L 用惠更斯原理证明(课外) 2) 1)反射线、入射线和界面的法线在同一平面内; 反射定律 i i i A1 A2 A3 B2 B3 B1 N N A I d 时刻 t B2 B3 B1 N N A I B L 时刻 t+△t 波的折射 用惠更斯原理证明(课外) 时刻 t i i i A1 A2 A3 B2 B3 B1 N N A I d Ⅰ Ⅱ 1)折射线、入射线和界面的法线在同一平面内; 2) N 界面 R N 界面 I L 时刻 t+△t Ⅰ Ⅱ B2 B3 B1 N N A I B R i i i A1 A2 A3 B2 B3 B1 N N A I d Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 时刻 t 时刻 t+△t B2 B3 B1 N N A I B R 所以 一 波的叠加原理 几列波相遇之后, 仍然保持它们各自原有的特征(频率、波长、振幅、振动方向等)不变,并按照原来的方向继续前进,好象没有遇到过其他波一样. 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. 波的干涉 频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的

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