波13-3波的能量13-4惠更斯原理-波的衍射反射和折射13-5波的叠加原理-波的干涉ppt课件.ppt

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1、第十三章机械波和电磁波本章内容§13-1机械波的基本概念§13-2平面简谐波的波动方程§13-3波的能量一波的能量和能量密度,二波的能流和能流密度三波的吸收§13-4惠更斯原理波的衍射、反射和折射一惠更斯原理，二波的衍射、反射和折射§13-5波的叠加原理波的干涉一波的叠加原理，二波的干涉，三驻波§13-6多普勒效应冲击波§13-7电磁波2当机械波在媒质中传播时，媒质中各质点均在其平衡位置附近振动，因而具有振动动能.同时，介质发生弹性形变，因而具有弹性势能.xOxO以固体棒中传播的纵波为例分析波动能量的传播.13－3波

2、的能量一波的能量和能量密度3振动动能xOxO4xOxO杨氏模量弹性势能长为体积元的总机械能讨论体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能均最大.体积元的位移最大时，三者均为零.1）在波动传播的媒质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随作周期性变化，且变化是同相位的.62）任一体积元都在不断地接收和放出能量，即不断地传播能量.任一体积元的机械能不守恒.波动是能量传递的一种方式.能量密度：单位体积介质中的波动能量.平均能量密度：能量密度在一个周期内的平均值.7二波的能流和能流密度能流：单位时间内垂直通过某一面积的能量。能

3、流密度(波的强度):通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流.udtS平均能流：能流在一个周期内的平均值。单位:Wm-28例：一球面波源的功率为100W，则距波源10m处，波的平均能流密度I是多少？解：波源的功率即平均能流，P=100W，9例试证明在均匀不吸收能量的媒质中传播的平面波在行进方向上振幅不变，球面波的振幅与离波源的距离成反比。分析平面波和球面波的振幅在一个周期T内通过S1和S2面的能量应该相等所以,平面波振幅相等。证明：对平面波：10介质无吸收，通过两个球面的平均能流相等.即式中r为离开波源的距离，为处的

4、振幅.对球面波：11波在实际介质中，由于波动能量总有一部分会被介质吸收，波的机械能不断减少，波强亦逐渐减弱。波通过厚度为dx的介质，其振幅衰减量为-dA由于波强，所以波强的衰减规律为：三波的吸收A、A0分别是x=0和x=x处的波振幅，α是介质的吸收系数。I、I0分别是x=0和x=x处波的强度。12一惠更斯原理波在弹性介质中运动时,任一点P的振动,将会引起邻近质点的振动。就此特征而言，振动着的P点与波源相比，除了在时间上有延迟外，并无其他区别。因此，P可视为一个新的波源。1678年，惠更斯总结出了以其名字命名的惠更斯原

5、理：介质中任一波面上的各点，都可看成是产生球面子波的波源；在其后的任一时刻，这些子波的包络面构成新的波面。惠更斯13－4惠更斯原理波的衍射、反射和折射13t+t时刻波面波传播方向t时刻波面平面波球面波u介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.例如，均匀各向同性媒质内波的传播：t+t时刻波面···············t时刻波面波传播方向ut14障碍物的小孔成为新的波源原波阵面新波阵面S1S2t时刻t+Dt时刻uDt15t+t时刻波面·平面波····

6、ut波传播方向t时刻波面球面波··············tt+t····a16波的衍射水波通过狭缝后的衍射波的衍射：波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.二波的衍射、反射和折射17波的衍射18如果缝宽远大于波长，那么波动经过缝后，波振面的宽度几乎与缝的宽度相等。如果缝宽远小于波长，那么波动经过缝后，波振面是圆形的。上述衍射现象是波的共同特征，波长越长（与缝宽相比），衍射现象越显著，波长越短，衍射越不显著，故方向性越强。19同一个障碍物，对于声波来说是小障碍物，而对于光波来说

7、是大障碍物。因为声波波长在0.02m~2.00m之间；可见光波长在400×10-9~760×10-9m之间；无线电波的波长更大，中波的波长达几百米，衍射现象更为显著。20广播和电视哪个更容易收到?更容易听到男的还是女的说话的声音？障碍物（声音强度相同的情况下）21惠更斯原理虽然能定性地说明衍射现象，但不能说明各点振动的振幅，不能对衍射现象做出定量的分析。此外，惠更斯原理也不能说明为什么次波只能向前传播而不能向后传播。后来菲涅尔补充和发展了惠更斯原理，能确切地说明衍射现象，这在光学中将做详细讨论。惠更斯原理的缺陷不能说

8、明子波的强度分布问题不能说明波不能向后传播的问题22如果媒质中存在许多悬浮粒子，如气体中的尘埃、烟雾，液体和固体中的杂质、气泡等。当波动传到这些粒子后，这些粒子又将成为新的波源而向四周发射波动，这一现象叫做波的散射。粒子越大，波的散射23波的反射（reflection）N界面N界面IL用惠更斯原理得到iiiA1A2A3B2B3B1NNAId时刻