大学物理波动ppt课件.ppt

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1、第十一章机械波和电磁波教学基本要求掌握：描述简谐波的各物理量及各量间的关系；理解：机械波产生的条件.由已知质点的简谐运动方程得出平面简谐波的波动方程的方法及波动方程的物理意义.波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件；波形图线驻波及其形成条件了解驻波和行波的区别；了解:波的能量传播特征及能流、能流密度概念.机械波的多普勒效应及其产生的原因.在波源或观察者沿二者连线运动的情况下，能计算多普勒频移.惠更斯原理和波的叠加原理.了解电磁波的性质§11-1机械波的产生和传播一、机械波的形成2、机械波的产生和

2、传播条件：波源：作机械振动的物体｛1、机械波:机械振动以一定速度在弹性介质中由近及远地传播出去，就形成机械波。弹性介质：承担传播振动的物质3、横波与纵波xy横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.（仅在固体中传播）特征1：具有交替出现的波峰和波谷.特征2：各质点振动方向与波的传播方向垂直。纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波.（可在固体、液体和气体中传播）特征1：具有交替出现的密部和疏部.特征2：各质点振动方向与波的传播方向平行。1、有些波既不是横波也不是纵波，称为表面波。波速2、最简单的波是简谐波。简谐波：波源作简谐振

3、动，传播过程中不损耗能量的波。一般波可看成简谐波的叠加。如：水面波。水波中的质元是做圆（或椭圆）运动。二简谐波的特征特征1：各点都在重复前一点的振动形式，特征2：沿波的传播方向，逐点相位推迟特征4：传播的是能量和振动形式，而不是介质称为行波特征3：具有相同的周期，振幅三、波阵面和波射线：波线：表示波的传播途径和方向的有向线段。波面：振动相位相同的点所构成的面。波前：最前面的那个波面。球面波波线波面波前波线波面波前平面波四、描述波动的物理量波长：沿波的传播方向两相邻同位相点之间的距离周期T：波前进一个波长的距离所需的时间。频率：单

4、位时间内波动前进距离中完整波长的个数。波的周期等于波源振动的周期，即波的周期和频率由波源决定，与媒质性质无关。波速u：振动状态（或位相）在空间的传播速度。绳索中的波速F为张力，为线密度。结论：波速由弹性媒质性质决定，频率（或周期）则由波源的振动特性决定。空气中的声速5、、T、、u关系：§11-2平面简谐波xyopxO点的振动方程：p点的振动状态在时间上落后于o点：§11-2平面简谐波一、平面简谐波表达式的建立平面简谐波的波动方程：(波动表达式)xyopx二、平面简谐波表达式的物理意义（1）当x=常数时：初相：tTy表示该点的简

5、谐振动方程当x=k时结论：波长标志着波在空间上的周期性。结论：任意两点的相位差：结论：随着x值的增大，即在传播方向上，各质点的相位依次落后。这是波动的一个基本特征。（2）当t=常数时：xy（3）当x,t都变化时：当t一定时，波动表达式表示该时刻波线上各点相对其平衡位置的位移，即此刻的波形.若均变化，波动表达式表示波形沿传播方向的运动情况（行波）.左边：t时刻，x处质点的振动位移。右边：t+t时刻，x+ut处质点的振动位移。t时刻，x处质点的振动状态经t时间传到了x+ut处。结论：xy(4)平面简谐波沿x的负方向传播：(5

6、)振动方程与波函数的区别振动方程是时间t的函数波函数是波程x和时间t的函数，描写某一时刻任意位置处质点振动位移。(6)由波动曲线判断质点运动方向xy特征：各点都在重复前一点的振动形式，与振动曲线不同：tTy振动曲线是位移x与时间t的函数三、波动方程的一般形式例题、已知t=0时的波形曲线为Ⅰ，波沿ox方向传播，经t=1/2s后波形变为曲线Ⅱ。已知波的周期T>1s，试根据图中绘出的条件求出波的表达式，并求A点的振动方程。(已知A=0.01m）解：波速：y(cm)x(cm)123456ⅡⅠA1原点振动：y利用旋转矢量法得波动表达式A点振动

7、方程：y(cm)123456ⅡⅠA1例题、如图一平面简谐波在介质中以速度u=20m/s，沿x轴的负向传播。已知A点的振动方程为y=3cos4t，则（1）以A点为坐标原点求波动表达式；（2）以距A点5m处的B为坐标原点求波动表达式。y’解：AxyB令x=-5m,B点振动方程：波动表达式例题、有一余弦波沿x轴方向传播，波速为u=100m/s。波长为0.02m，振幅为0.03m。在t=0时，原点处的质点通过平衡位置向上运动。试求（1）波动表达式；（2）t=1s时通过平衡位置的那些点的坐标。解：原点振动方程：y利用旋转矢量法得波动表达式如

8、图所示一平面波在t=0时刻的波形图，频率为250Hz，若波沿x轴负向传播。（1）该波的波动方程；（3）距原点0为100m处质点P的振动方程与速度表达式xyop100m解（1）y旋转矢量法波沿x轴负向传播xyop100m（3）距原点0为