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《大学物理波动学》ppt课件

目录contents波动学基本概念与原理机械波电磁波干涉与衍射现象多普勒效应与波动能量传输非线性波动与现代光学技术

01波动学基本概念与原理

机械波介质中质点间相互作用力引起的波动，如声波、水波等。电磁波电场与磁场交替变化产生的波动，如光波、无线电波等。物质波微观粒子（如电子、质子等）具有的波动性，又称德布罗意波。波动现象及分类

频率单位时间内波源振动的次数，用f表示。振幅波源振动的最大位移，用A表示。振幅决定了波的强度。波速波在介质中传播的速度，用v表示。对于机械波，v取决于介质的性质；对于电磁波，v在真空中为光速c。波长相邻两个波峰或波谷之间的距离，用λ表示。波动参数与描述

一维波动方程描述波在一维空间中的传播规律，如声波在空气中的传播。二维和三维波动方程描述波在二维或三维空间中的传播规律，如光波在水面或空间的传播。波动方程的物理意义揭示了波的传播速度、频率、波长等参数之间的关系，以及波的叠加、干涉、衍射等现象的规律。波动方程及其物理意义

干涉现象两列或多列波在空间某些区域相遇时，振动加强或减弱的现象。如双缝干涉实验。衍射现象波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，发生偏离直线传播的现象。如光的衍射实验。多普勒效应波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象。如汽车鸣笛声随着汽车接近或远离而发生变化。典型波动现象举例

02机械波

波源介质弹性惯性机械波产生与传播条件能够产生周期性振动的物体或质点。介质中质点间存在相互作用力，使得振动能够在介质中传播。波传播所需要的物质，如空气、水、固体等。介质中质点具有保持原来运动状态的性质，使得振动得以持续。

波在一个周期内传播的距离。波长λ单位时间内波源振动的次数。频率ν波在介质中传播的速度，c=λν。波速c波源振动的最大位移。振幅A机械波特性参数

y=Acos(ωt-kx+φ)：表示沿x轴正方向传播的平面简谐波。其中，ω为角频率，k为波矢，φ为初相位。该表达式描述了波的振动状态和传播特性。平面简谐波表达式

介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。波在传播过程中遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。惠更斯原理与波的衍射波的衍射惠更斯原理

03电磁波

03电磁波的传播电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，传播速度等于光速。01变化的电场产生磁场麦克斯韦通过理论推导，得出变化的电场会在其周围空间产生磁场，这是电磁波产生的理论基础。02变化的磁场产生电场同样地，变化的磁场也会在其周围空间产生电场，这种相互产生的电磁场就是电磁波。麦克斯韦电磁场理论

电磁波的振动方向与传播方向垂直，因此是横波。电磁波是横波电磁波是矢量波，具有偏振性，即其振动方向与传播方向构成的平面称为偏振面。电磁波具有偏振性电磁波在真空中的传播速度等于光速，而在介质中的传播速度会减慢。电磁波的传播速度电磁波性质及传播特点

电磁波谱及应用领域电磁波谱按照频率从低到高，电磁波谱包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。应用领域不同频段的电磁波具有不同的应用，如无线电波用于通信和广播，微波用于雷达和微波炉，红外线用于遥控和夜视仪，可见光用于照明和显示等。

电磁波的辐射任何加速运动的带电粒子都会辐射电磁波，如天线中的电子在振荡电路中加速运动时会辐射无线电波。电磁波的接收接收电磁波需要相应的接收装置，如收音机通过天线接收无线电波，并通过调谐电路选择特定频率的信号进行放大和处理。电磁波辐射与接收

04干涉与衍射现象

两列或多列波在空间某些区域相遇时，振动加强而在另一些区域振动减弱的现象。干涉现象干涉条件干涉图样两列波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同。呈现明暗相间的条纹，明条纹是波峰与波峰或波谷与波谷相遇处，暗条纹是波峰与波谷相遇处。030201干涉现象及条件

激光源、双缝、屏幕。实验装置实验现象条纹间距公式双缝干涉实验的意义在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。Δx=L/d*λ，其中L为缝到屏幕的距离，d为双缝间距，λ为波长。验证了光的波动性，揭示了光具有相干性。双缝干涉实验分析

光照射在薄膜上时，在薄膜的前后两个表面反射的两列光波发生干涉。薄膜干涉原理同一入射角的光经薄膜前后两表面反射后相互叠加产生的干涉现象。等倾干涉同一厚度处薄膜前后两表面反射的光相互叠加产生的干涉现象。等厚干涉增透膜、增反膜、光学镜头上的增透膜等。薄膜干涉的应用薄膜干涉原理及应用

衍射现象及分类衍射现象光绕过障碍物继续传播的现象。分类菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。菲涅尔衍射是近场衍射，观察屏距离衍射屏较近；夫琅禾费衍射是远场衍射，观察屏距离衍射屏较远。衍射条件障碍物或孔的尺寸与波长可比