波的产生和传播课件.pptVIP

波的產生和傳播事實上，如一個硬幣的兩面，科學和藝術源於人類活動最高尚的部分，都追求著深刻性、普遍性、永恆和富有意義。－－－李政道（1926－）獲1957年諾貝爾物理獎結構框圖：平面簡諧行波特徵量波函數能量多普勒效應*電磁波*聲波*非線性波簡介§14.1平面簡諧行波一.平面簡諧行波振動在空間傳播波動波源介質真空振動的相位（狀態）和能量振動質點引起鄰近質點的振動實際振動都是有阻尼的阻尼摩擦阻尼:輻射阻尼:有序運動能量無序運動能量有序運動能量有序運動能量波源自由振動（無能量補充）——波動不能長期維持受迫振動（有能量補充）——波動才能長期維持簡諧振動簡諧波（波源及介質中各質點均作諧振動）波線：由波源出發，沿波傳播方向的線.波線上任一點的切線方向為該點波的傳播方向。波面：某時刻介質中同相點的集合。（球面波.柱面波.平面波...）波前(波陣面)：傳在最前面的波面波面波線波面波線在各向同性均勻介質中，波線為直線，波線與波面垂直二、波的特徵量波的特徵：空間和時間上的週期性即介質中各質點振動的週期和頻率，由波源振動情況決定。描述波動的時間週期性時間頻率同一波線上，相鄰的相位差為的兩點間的距離描述波動的空間週期性空間頻率平面簡諧行波波面為平面傳播中的波，與“駐波”相對照而言。時間週期性空間週期性在一個週期內，某一個確定的振動狀態（相位）在空間正好傳播一個波長。振動相位傳播的速度：波速由介質的性質決定（P421[例4]推導）3.波速注意區分：相位傳播速度：在各向同性介質中為常數質點振動速度方向平行：縱波方向垂直：橫波固體：流體：彈性模量楊氏模量Y切變模量G體變模量B三、波形曲線思考：對縱波，波形曲線是不是實際波形？波形曲線如何反映縱波傳播過程仲介質質點的疏密情況？疏部中心、密部中心各在何處？描述某時刻，波線上各點位移（廣義）分佈對橫波：直觀給出該時刻波形和波峰、波谷的位置，波峰波谷縱波的波形曲線振動曲線波形曲線圖形研究對象物理意義特徵注意：波形曲線與振動曲線比較某質點位移隨時間變化規律某時刻，波線上各質點位移隨位置變化規律由振動曲線可知某時刻其方向參看下一時刻狀況初相週期T.振幅A由波形曲線可知該時刻各質點位移只有t=0時刻波形才能提供初相波長?,振幅A某質點方向參看前一質點對確定質點曲線形狀一定曲線形狀隨t向前平移AtPt0ToAxPt0?o四.波函數（波動方程的積分形式）波函數：振動量Ψ隨時間、空間的變化規律建立波函數的依據波的空間、時間週期性沿波傳播方向各質點振動狀態（相位）相繼落後（滯後效應）上章簡諧振動：微分方程積分形式本章平面簡諧波：積分形式微分方程解：以參考點O為座標原點，波速u的方向為+x,建立一維座標。設P為波線上任意一點，座標xP(x)o只討論一維情況:對平面簡諧行波已知：波線上任一點O的振動方程求：該平面簡諧波波函數方法1O的振動狀態傳到P所需時間即(1)已知座標原點振動方程參考點P(x)o由於(1)、(2)是一致的即(2)P點相位比O落後方法2P(x)o平面簡諧波波函數的數學形式和物理意義對應跑動的波形練習1.建立向-x方向傳播的簡諧行波波函數以參考點為原點P相位比O超前P(x)o練習2.移動座標原點後如何建立波函數（即參考點不作為座標原點）已知：求:（1）以O為座標原點P離參考點C的距離解:以C為參考點：設P為波線上任意一點原點不同時，波函數形式變化，但波線上確定點的振動方程不變。P離參考點距離P即解：代入原波函數:與原函數比較：時間變換，移動計時起點——改變初相練習3.更換計時起點後如何建立波函數已知:求：將計時起點延後0.05s情況下的波函數練習4.已知平面簡諧波在t=2s時波形，求波函數已知：求：解：時間變換：思考：寫原點振動方程