2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：行波中的能量和能流

1、行波中的能量和能流2一.波的能量密度 波動過程也是能量的傳播過程。 質(zhì)元dm= dV (為媒質(zhì)的密度)，長dx、伸長量dy。質(zhì)元的振動動能和勢能分別為dxdydm=dVu3由此得對比有：即：波動方程空間二次導(dǎo)數(shù)前的系數(shù)就是波的傳播速度4討論：影響波的傳播速度的因素對其它波動形式的方程作類似推導(dǎo)，可得各種波動的波動方程及傳播速度，由傳播速度的表達(dá)式，容易知道影響波傳播速度的因素繩的微振動橫波T：繩的張力桿的縱向微振動波Y：楊氏彈性模量桿的橫向微振動波G：切變彈性摸量聲音在空氣中傳播B：體變模量真空中的電磁波真空介電常數(shù)，真空磁導(dǎo)率5介質(zhì)的幾種典型模量 若在截面為S，長為l的細(xì)棒兩端加上大小相等、

2、方向相反的軸向拉力F，使棒伸長l，實(shí)驗(yàn)證明：在彈性限度內(nèi)，正應(yīng)力F/S與線性應(yīng)變l/l成正比，即 楊氏模量比例系數(shù)Y由材料的彈性決定，稱為楊氏模量 (2).切變模量 (1).楊氏模量切變模量在柱體上下表面S上作用一大小相等，方向相反的切向力F，使柱體6發(fā)生切變。實(shí)驗(yàn)證明：在彈性限度內(nèi)，切應(yīng)力F/S與切應(yīng)變x/h成正比，即 比例系數(shù)G由材料的切變彈性決定，稱為切變模量 (3).體變模量 設(shè)流體體積在壓強(qiáng)為P時等于V，如果是壓強(qiáng)增加到P+P，體積變化為V+V，則在通常壓強(qiáng)范圍內(nèi)有 體變模量比例系數(shù)B稱為體變模量。式中負(fù)號表示當(dāng)P0時，V 0 7由胡克定律，楊氏彈性模量: Y= u28質(zhì)元dm的總能

3、:(3)能量密度(單位體積中波的能量)為 (1)任意時刻,質(zhì)元的動能和勢能都相等。即 (2)質(zhì)元的總能量隨時間作周期性的變化。在波動中, 隨著振動在媒質(zhì)中的傳播, 能量也從媒質(zhì)的一部分傳到另一部分, 所以,波動是能量傳播的一種方式。9平均能量密度：二.波的能流密度(波強(qiáng)) 單位時間內(nèi)，通過垂直于波動傳播方向的單位面積的能量,稱為能流密度。 顯然，能流密度也就是通過垂直于波動傳播方向的單位面積的功率。容易證明, 能流密度(或波強(qiáng))為Sudt10三. 聲波 聲強(qiáng)級 引起人聽覺的機(jī)械波的頻率范圍： 20-20000Hz 人耳的聽覺并不與聲強(qiáng)成正比，而是與聲強(qiáng)的對數(shù)成正比。取聲強(qiáng)Io=10-12(w/

4、m2)為標(biāo)準(zhǔn)，則聲強(qiáng)級:(dB)樹葉沙沙：20dB; 正常談話： 60dB; 鬧市：70dB; 飛機(jī)起飛：150dB。11(A)質(zhì)元a的動能為零 , 勢能最大。(B)質(zhì)元a的動能最大 , 勢能為零。(C)質(zhì)元b的動能最大, 勢能最大。(D)質(zhì)元b的動能最大, 勢能為零。答: (C) 例題4-1 圖為某一時刻的波形曲線, 由圖可知uoxyab12 例題4-2 一電臺(視為點(diǎn)波源)平均發(fā)射功率10kw，求離電臺1km處的波強(qiáng)。 解 能流密度(波強(qiáng))為 能流密度也就是通過垂直于波傳播方向的單位面積的功率。于是所求能流密度(波強(qiáng))為=7.9610-4(w/m2)13波的疊加原理 每列波的傳播特性不因其它波的存在而改變。任一點(diǎn)的振動為各個波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的振動的合成。這一規(guī)律稱為波的獨(dú)立傳播原理或波的疊加原理。 適用條件：波強(qiáng)較小。波的干涉 兩列波: (1)頻率相同； (2)振動方向