大学物理光的波洞葱炉教程文件

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1、第五讲 机 械 波,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,声波、水波、电磁波都是常见的波。,各种类型的波有其特殊性,但也有普遍的共性,可以用相同的数学形式来描述。,波动的分类:机械波、电磁波、物质波。,第五讲 机 械 波,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright

2、2004-2011 Aspose Pty Ltd.,一、机械波产生的条件(源和路),1.波源,2.连续介质, 1 机械波的形成和传播,二、机械波的类型,1.横波:介质中质点振动的方向与波的传播方向垂直,2.纵波:介质中质点振动的方向与波的传播方向平行,1)横波只能在固体中。,2)纵波在所有物质中都可以传播。,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,波速,注意,1、有些波既不是横波也不是纵波。如:水表面的

3、波既非横波又非纵波。水波中的质元是做圆(或椭圆)运动的。,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,flash,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,三、波长、波的周期和频率 波速波动描述,1、波长l 同一时刻,

4、两个相邻的相位差 为2的振动质点间的距离。,3、频率n 单位时间内波向前传播的完整波 的数目. (1s内向前传播了几个波长),2、波的周期T 波传过一个波长的时间。,周期或频率只决定于波源的振动,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,在波动过程中,某一振动状态在单位时间内传播的距离。,4、波速:,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET

5、3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,平面波,球面波,各向同性均匀介质中,波线恒与波面垂直。,沿波线方向各质点的振动相位依次落后。,四、波线和波面,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,五、简谐波,简谐波是最基本的波动,波源和介质 的各质点均作简谐振动。数学上的傅里叶 分解法告诉我们,任何非简谐振动都可以 分解为

6、许多简谐振动的组合。因此,研究 简谐波特别重要。,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,一、平面简谐波的波函数,1、右行波的波动方程:,(1)已知O点振动表达式:,P点在t时刻的振动状态, 与O点在(t -x/u)时刻的振动状态相同。, 2 平面简谐波的波动方程,P点的相位比O点相位落后 。,参考点O,(滞后效应),Evaluation only. Created with Aspose.Slides

7、 for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,(2)如图,已知 P 点的振动方程:,思考,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,(1)已知O点振动表达式:,思考,2、左行波的波动方程:,(超前效应),Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NE

8、T 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,(2)如图,已知 P 点的振动方程:,思考,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,注意:,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright

9、2004-2011 Aspose Pty Ltd.,1、t 一定时的波形图 (快照),讨论各质点在给定时刻的振动方向,二、波函数的物理意义,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,例1:如图所示,为一简谐波在t=0时刻的波 形图。试写出O、1、2、3点的初位相,解:画出下一时刻的波形图,(1),(2),Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NE

10、T 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,讨论质点在某一时刻的振动方向,质点的振动速度,2、x一定,t 变化。,表示 点处质点的振动方程( 的关系),Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,波速即波形平移的速度!,3、t、x都变化时:,对应跑动的波形(行波),Evaluation only. Created wit

11、h Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,通常:,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,例2:一平面简谐波某时刻的波形图如下,则OP之间的距离为多少厘米。,解题思路:,设波向右传播(P点落后于O点),思考:若设波朝左传,则,Evaluation only. Creat

12、ed with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,例3:一平面波在介质中以速度 u=20m/s 沿x 轴正方向传播,已知在传播路径上某点a点的振动方程为 ya=3cos4t (m) (1)以a为坐标原点写出波动方程。 (2)以距a点5m处的o点为坐标原点, 写出 波动方程。 (3) 求出oc 两点之间的位相差,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.

13、2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,解: ya=3cos4t,(1) a为坐标原点:,(2) 0点为坐标原点:,0 点振动方程,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,(3) 求出oc 两点之间的位相差,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.

14、0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,例4:沿X轴正方向传播的平面简谐波、在 t=2s 时的波形如图,已知A、u及 ,问:1)原点O的初相及P点的初相各为多大?2)写出波动方程。,解题思路:,思考:求O、P两点之间的位相差。,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,设有一行波:,质量为 的媒质元其动能为:,3 波的能量,质元的速度:,一、媒质中振动动能,Eva

15、luation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,二、媒质中振动势能,可以证明:,势能:,总能:,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd., 3 波的能量(补充),胡克定律: 在弹性限度内,应力和应变成正比。,式中E为关于线变的比

16、例系数,它随材料的不同而不同,叫杨氏模量。,补充:,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,振动动能,以固体棒中传播的纵波为例分析波的能量.,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,弹性势能,Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,能量极小,能量极大,体积元在平衡位置时,动能、

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