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1、作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 1 16.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 2 26.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应动能动能势能势能机械能机械能结结论论 (1)(1)动能和势能在任何时刻动能和势能在任何时刻量值量值相同相同(2)(2)动能和势能在任何时刻动能和势能在任何时刻位相位相相同相同(3)(3)总机械能总机械能不守恒不守恒一一、波的能量、波的能量1.1.波的能量表达式波的能量表达式 内内 容容 回回 顾顾作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 3 36.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和
2、多普勒效应2.2.波的能量密度波的能量密度单位体积内波的能量单位体积内波的能量在在 一一 个个 周周 期期 内内平均能量密度平均能量密度能量密度的平均值能量密度的平均值作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 4 46.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应3.3.能流能流单位单位时间时间通通过过垂垂直直于于 波波 的的 传传播播方方向向某一某一 面积面积能量能量平均能流平均能流通过单位面积的通过单位面积的平均能流平均能流4.4.能流密度能流密度 波波的的强强度度 单单位位时时间间内内通通过过垂垂直直于于波波传传播播方方向向的的单单位位面面积积 上上 的的 平平 均均 波波 的的
3、 能能 量量作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 5 56.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应二、二、惠更斯原理惠更斯原理波波 面面(波波 前前)上上 的的 每每 一一 点点1. 1. 内内容容都可看作是发射子波的波源都可看作是发射子波的波源在在 其其 后后 的的 任任 一一 时时 刻刻在在 波波 的的 传传 播播 过过 程程 中中这这些些子子波波的的包包迹迹面面就就是是 新新的的波波面面2 2. .衍衍射射现现象象波在传播过程中遇到障碍物时波在传播过程中遇到障碍物时其其波波线线能能绕绕过过障障碍碍物物的的边边缘缘传传 播播 方方 向向 发发 生生 偏偏 折折 的的 现现
4、 象象作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 6 66.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应振动方向相同振动方向相同初初相相相相同同或或位位相相差差恒恒定定频频 率率 相相 同同相相干干条条件件两两列列相相干干波波在在某某一一 区区 域域 相相 遇遇 时时1.1.干涉现象干涉现象使使 某某 些些 地地 方方 的的振振 动动 始始 终终 加加 强强使使另另一一些些地地方方的的振振 动动 始始 终终 减减 弱弱结结果果使使波波的的强强度度形形 成成 稳稳 定定 分分 布布三、波的干涉三、波的干涉相相干干波波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 7 76.3 6.3 驻
5、波和多普勒效应驻波和多普勒效应(1) (1) 加强加强条件条件(2) (2) 减弱减弱条件条件2.2.干涉加强、减弱条件干涉加强、减弱条件作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 8 86.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应加加强强减减弱弱( (3 3) )用用 波波 程程 差差 表表 示示干干涉涉加加强强和和减减弱弱条条件件作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 9 96.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应6.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应一、驻一、驻 波波二、多普勒效应二、多普勒效应作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 101
6、06.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应一、驻波一、驻波1.1.驻波形成驻波形成两两列列视频：驻波视频：驻波演示：驻波演示：驻波在在 同同 一一 条条 直直线线上上相干相干波波振振幅幅相相同同叠叠加加后后形形成成的的波波沿沿相相反反方方向向传传播播作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 11116.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应2.2.驻波特征驻波特征振幅振幅A=0A=0的点的点(1)(1)波波 节节振幅有最大振幅有最大值的点值的点(2)(2)波波 腹腹( (3 3) )直直 线线 上上 各各点点作作分分段段振振动动演示：驻波分段振动演示：驻波分段振动演示：驻
7、波演示：驻波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 12126.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应3.3.驻波方程驻波方程演示：驻波演示：驻波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 13136.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应各各 质质 点点振振幅幅不不同同表示表示各各质质点都点都在在作简作简谐振动谐振动演示：驻波演示：驻波振振 幅幅因因 子子简简 谐谐 振振动动 因因 子子频率频率与原频率与原频率相同相同作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 14146.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应4.4.驻波方程的讨论驻波方程的讨论(1)
8、 (1) 振幅分布振幅分布 波节位置波节位置振幅为零的点振幅为零的点演示：驻波演示：驻波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 15156.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应 波腹位置波腹位置振幅有最大值的点振幅有最大值的点相相邻邻波波节节( (波波腹腹) )间间距距演示：驻波演示：驻波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 16166.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应(2)(2)位相分布位相分布一一波波节节两两侧侧各各点点的的位位相相相相反反相相邻邻波波节节间间各各点点的的位位相相相相同同(3)(3)驻波不传播能量驻波不传播能量演示：驻波分段振动演示
9、：驻波分段振动振振幅幅不不同同演示：驻波能量演示：驻波能量作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 17176.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应(1)(1)实验装置实验装置5.5.驻波实验驻波实验反射波反射波(2)(2)半波损失半波损失 B B点固定点固定反反射射波波与与入入射射波波在在B B点点的的振振动动位位相相相相反反 位相改变位相改变相当于波程差改变半个波长相当于波程差改变半个波长入入 射射 波波 在在 反反 射射 时时 发发 生生反反相相的的现现象象( (入射波在反射时入射波在反射时有有的位相突变的位相突变) )演示：音叉演示：音叉 A A入射波入射波BB B点为
10、波节点为波节演示：固定端演示：固定端演示：自由端演示：自由端作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 18186.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应在在自自由由端端反反射射时时, ,没没有有位位相相突突 变变, ,即即 没没 有有 半半 波波 损损 失失一一列列入入射射波波在在反反射射点点反反射射时时有有无无半半 波波 损损 失失? ?媒媒质质疏疏密密波疏媒质波疏媒质小小大大波密媒质波密媒质有有半半波波损损失失无无半半波波损损失失视频：半波损失视频：半波损失演示演示1：波密媒质：波密媒质演示演示2：波疏媒质：波疏媒质反射波反射波 A A入射波入射波B取取 决决 于于大大小小作
11、者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 19196.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应写写驻驻波波方方程程的的基基本本步步骤骤( (1 1) )建建坐坐标标, 入入射射波波和和反反射射波波方方程程共共用用一一个个坐坐标标系系( (2 2) )写写 出出 入入 射射波波的的波波动动方方程程写写出出入入射射波波波波线线上上任任一一点点振振动动方方程程 写出入射波的波动方程写出入射波的波动方程入射波入射波反射波反射波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 20206.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应 写写 出出 入入 射射 波波 在在 反反 射射 点点的的振振
12、动动方方程程 根根 据据 有有 无无 半半 波波 损损 失失，写写 出出 反反 射射波波在在反反射射点点的的振振动动方方程程( (3 3) )写写 出出 反反 射射波波的的波波动动方方程程入射波入射波反射波反射波无无有有演示：有半波损失演示：有半波损失演示：无半波损失演示：无半波损失作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 21216.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应写写出反出反射波射波方程方程( ( 4 4 ) )写写 出出驻驻波波方方程程入射波入射波反射波反射波反射点坐标反射点坐标特特例例无无有有例题例题6.36.31 1作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波
13、 22226.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应s波波 源源 和和 观观 察察 者者 相相 对对 媒媒 质质 静静 止止 时时单单位位时时间间内内接接收收到到 个个 完完 整整 的的 波波 形形波波 源源( (观观察察者者, ,或或两两 者者) )相相 对对于于 媒媒 质质 运运 动动由由于于观观察察者者( (或或波波源源，或或两两者者) )相相对对于于媒媒质质运运动动，而而使使观观察察者者接接受受到到的的波波的的频频率率发发生生变变化化的的现现象象视频：多普视频：多普勒效应勒效应二二、多多普普 勒勒效效应应媒质媒质作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 23236.3 6
14、.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应观察者观察者靠近靠近波源波源返返26261 1. .波波源源不不动动，观观察察者者相相对对介介质质以以速速度度 运运 动动观察者观察者远离远离波源波源人人接接受受到到波波的的总总 长长 度度 为为演示：多普演示：多普勒效应勒效应1 1dt1秒秒作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 24246.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应2.2.观察者不动观察者不动, ,波源相对介质以速度波源相对介质以速度 运动运动演示：多普演示：多普勒效应勒效应2 2作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 25256.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波
15、和多普勒效应观观察察者者波波 源源靠靠 近近观察者观察者波波 源源远远 离离观察者观察者A波速不变波速不变波长改变波长改变演示：多普演示：多普勒效应勒效应2 2作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 26266.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应返返23233 3. .波波源源与与观观察察者者同同时时相相对对介介质质运运动动s波波源源、观观察察者者互互相相靠靠近近时时频频率率升升高高，取取 上上 面面 一一 组组 符符 号号波波源源、观观察察者者互互相相远远离离时时频频率率升升高高，取取 下下 面面 一一 组组 符符 号号作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 2
16、7276.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应多多普普勒勒效效应应的的应应用用( (1 1) ) 利利用用光光的的多多 普普 勒勒 效效 应应研研 究究 星星 体体 运运 动动测测 定定 液液 体体 的的 流流 速速分析物体的振动情况分析物体的振动情况( (2 2) )利利用用超超声声波波的的多多普普勒勒效效应应在医学上可对心脏跳在医学上可对心脏跳动情况进行分析诊断动情况进行分析诊断( (3 3) )利利用用红红移移量量可可测测量量物物体体的的 运运 动动 速速 度度当当波波在在一一个个运运动动着着的的物物体体表表面面反反射射时时，通通过过测测量量入入射射信信号号与与反反射射信信号号合
17、合成成后后形形成成的的拍拍现现象象的的拍拍 频频 （ 即即红红 移移 量量）例题例题6.36.32 2作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 28286.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应一、驻波一、驻波1 1. .驻驻波波的的形形成成两两列列振振幅幅相相同同的的相相干干波波，在在同同一一直直线线上上沿沿相相反反方方向向传传播播时时，叠叠加加后后形形成成的的波波2.2.驻波的特征驻波的特征振幅振幅A=0A=0(1)(1)波波 节节振幅有振幅有最大值最大值(2)(2)波波 腹腹( (3 3) )直直 线线上上各各点点作作分分段段振振动动内容内容小结小结一一波波节节两两侧侧各各
18、点点的的位位相相相相反反相相邻邻波波节节间间各各点点的的位位相相相相同同作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 29296.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应3.求求驻驻波波方方程程的的基基本本步步骤骤( (1 1) )建建坐坐标标, 入入射射波波和和反反射射波波方方程程共共用用一一个个坐坐标标系系( (2 2) )写写 出出 入入 射射波波的的波波动动方方程程写写出出入入射射波波波波线线上上任任一一点点振振动动方方程程 写出入射波的波动方程写出入射波的波动方程入射波入射波反射波反射波作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 30306.3 6.3 驻波和多普勒效应
19、驻波和多普勒效应 写写 出出 入入 射射 波波 在在 反反 射射 点点的的振振动动方方程程 根根 据据 有有 无无 半半 波波 损损 失失，写写 出出 反反 射射波波在在反反射射点点的的振振动动方方程程( (3 3) )写写 出出 反反 射射波波的的波波动动方方程程入射波入射波反射波反射波无无有有作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 31316.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应写写出反出反射波射波方程方程( ( 4 4 ) )写写 出出驻驻波波方方程程入射波入射波反射波反射波反射点坐标反射点坐标特特例例无无有有作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 32326
20、.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应 (1)(1)波节位置波节位置振幅为零的点振幅为零的点4.4.波节与波腹位置波节与波腹位置作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 33336.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应( (2 2) ) 波波腹腹位位置置振幅有振幅有最大值最大值( (3 3) ) 相相 邻邻 波波 节节( ( 波波腹腹) ) 间间距距作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 34346.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应一一列列入入射射波波在在反反射射点点反反射射时时有有无无半半 波波 损损 失失? ?媒媒质质疏疏密密波疏媒质波疏媒质小
21、小大大有有半半波波损损失失无无半半波波损损失失取取 决决 于于大大小小5 5. .驻驻 波波 的的 波波 形形 不不 前前 进进，能能 量量 也也不不向向前前传传播播，只只是是动动能能与与势势能能交交替替地地在在波波腹腹 与与 波波 节节 附附 近近 不不 断断 地地 转转 换换波密媒质波密媒质6.6.半波损失半波损失作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 35356.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应当当观观察察者者、或或波波源源、或或者者两两者者同同时时相相对对于于媒媒质质有有相相对对运运动动时时，观观察察者者接接受受到到的的波波的的频频率率与与波波源源的的振振 动动 频频 率率 不不 同同 的的 现现 象象二、多普勒效应二、多普勒效应s1.1.定义定义作者作者 杨杨 鑫鑫第第6 6章章 机械波机械波 36366.3 6.3 驻波和多普勒效应驻波和多普勒效应2 2. .多多普普勒勒效效应应公公式式波波源源、观观察察者者互互相相靠靠近近时时频频率率升升高高，取取 上上 面面 一一 组组 符符 号号观观 察察 者者运动速度运动速度 波波 源源运动速度运动速度 波波源源、观观察察者者互互相相远远离离时时频频率率升升高高，取取 下下 面面 一一 组组 符符 号号s
