惠更斯原理与波的衍射.ppt

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1、第30届全国部分地区大学生物理竞赛，将于2013年12月7日（星期六）下午2：00—4：30考生凭准考证和学生证进入考场，不允许带计算器，并关闭手机及其它通讯工具。每名考生交报名费30元在填写竞赛电子报名表的时候，请同学们务必核对表中的姓名，必须和学生证的一致。若有误，将影响进入考场和获奖证书。领准考证时间：2013年12月7日前（一周内）发放，考证上有具体的考试地点。凡获奖同学期末免考，总评分100分。参加比赛同学中得分较高的（未获奖）我们将在期末成绩中酌情加分5-10分。第30届全国部分地区大学生物理竞赛通知掌握建立波函数的方法！求原点的振动位移——得到x处的振动状态即为波函数P点

2、振动落后O点P点振动超前O点x前正号的意义——沿x轴正方向各质点相位逐一超前！注意：x前负号的意义——沿x轴正方向各质点相位逐一落后！体积元总机械能总结：体积元的动能、势能、总能量都随t作周期性变化，动能、势能同时达到最大值，又同时达到最小值。体积元的机械能不守恒。在横波中，波峰位置处，动能和势能都为零，总能量为零；平衡位置处，动能和势能同时最大最大，总能量最大。在行波的传播过程中，体积元的动能和势能的时间关系相同，同相且大小相同。B点同时波峰处B点v最大,WK最大同时最大最大，平衡位置处弹性势能正比于相对形变波动传播能量，振动系统不传播能量在波动中，每个质元都起着能量转换的作用--

3、-不断地吸取能量，又不断地放出能量。因此说振动的传播过程也就是能量的传播过程。y下一时刻本讲主要内容：一、惠更斯原理二、波的衍射三、波的反射和折射§21.3惠更斯原理波的衍射一、惠更斯原理惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面。以穿过小孔的水面波为例穿过小孔的波与原耒波的形状无关,这说明小孔可以看成是一个新的振源。二、波的衍射平面波S1S2r=vta~波动在传播的路程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进，这种现象叫波的衍射或波的绕射。惠更斯原理的基础是几何作图法，它的意义不在于求新的波前，而在

4、于它能解释很多波动现象。S1S2r=vt球面波a~比较两图结论：长波衍射现象明显，方向性不好；短波衍射现象不明显，方向性好。(长波、短波是以波长与障碍物的线度相比较而言的)三、波的反射和折射入射角等于反射角---------波动的反射定律MNBDCAA1A2声波的反射：消音室回音壁MNBCAD夜晚的声线声源sinui2121sinnur==波动的折射定律声波的弯曲：夏日正午的寂静夜半钟声到客船温度低高声速小大白天的声线声源静区静区本讲主要内容：一、波的叠加原理二、波的干涉三、驻波§21.4波的叠加原理波的干涉一、波的叠加（1）几列波相遇后,仍保持它们原有的特性(频率、波长、振幅、振动

5、方向等)不变,并按照原耒的方向继续前进,即各波互不干扰-----波传播的独立性。（2）在相遇区域内,任一点的振动为几列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和------波的叠加原理。波动方程若y1、y2分别是它的解，则y1+y2也是它的解,即上述波动方程遵从叠加原理。爆炸产生的冲击波就不满足线性方程，所以叠加原理不适用。是各种平面波所必须满足的线性偏微分程。波为什么服从叠加原理？任何波都服从叠加原理吗？同频率不同振幅的两个波的叠加图示两列振动方向相同的同方向传播的波动的叠加:频率比为2:1的两个等幅波的叠加一个高频波和一个低频波的叠加频率相近的两列等幅波的叠加叠加原理在物理上的重要

6、性还在于可将一列复杂的波分解为简谐波的组合。讨论两列频率相同,振动方向相同,相位相同或相位差恒定的简谐波的叠加———一种最简单也是最重要的波的叠加情况。这两列波叠加后的图像稳定,不随时间而变化。干涉现象是波动形式所独具的重要特征之一。二、波的干涉满足相干条件的波源称为相干波源。具有恒定的相位差振动方向相同（或称为具有相同的偏振面)两波源的波振幅相近或相等时干涉现象明显。两波源具有相同的频率相干条件：S1r1S2r2PP点的合振动为S1r1S2r2P干涉加强、减弱的条件两列波传到P点的振动方程为是一个恒量,不随时间而变,只是空间位置的函数。因此空间每点的合振幅A也是一个恒量。(1)

7、合振动的振幅最大,称为相干加强(2);合振动的振幅最小,称为相干减弱(k=0,1,2,…..)时(k=0,1,2,…)时,两列相干波在空间任一点所引起的两个振动的相位差(3)若代表从波源S1和S2发出的两列相干波到达空间P点时所经过的路程差,称为波程差。k=0,1,2,….,A最大.k=0,1,2,….,A最小.即两列相干波源为同相位时,在两列波的叠加的区域内,在波程差等于零或者等于波长的整数倍的各点,振幅最即对于两个同相位的相干波源.此时上述