高二物理競賽波的能量課件

1一波動能量的傳播

波的傳播是能量的傳播，傳播過程中，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動，具有動能，介質(zhì)形變具有勢能

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波的能量①媒質(zhì)質(zhì)元能量是如何變化的？②能量傳播的規(guī)律如何？這里要搞清：1.質(zhì)點(diǎn)振動的速度和加速度（1）v

是質(zhì)點(diǎn)的振動速度,與波速u不同。

反之亦然（3）a與v

的位相差為（2）v

與y的位相差為183機(jī)械能彈性勢能能量密度：單位體積介質(zhì)中的波動能量

平均能量密度：能量密度在一個周期內(nèi)的平均值4討論(1)在波動傳播的介質(zhì)中，任一體積元的動能、勢能、總機(jī)械能均隨作周期性變化，且變化是同相位的.xy(2)其周期為波動周期的一半。Ek、EP同時達(dá)到最大同時達(dá)到最?。ㄆ胶馕恢锰帲ㄗ畲笪灰铺帲┧俣茸钚∷俣茸畲笮巫冏钚⌒巫冏畲?(3)任一體積元都在不斷地接收和放出能量，機(jī)械能不守恒.平均講來，體積元的能量密度保持不變，即媒質(zhì)中并不積累能量。因而它是一個能量傳遞的過程，或者說波是能量傳播的一種形式；波動的能量沿波速方向傳播；6二能流和能流密度

能流：單位時間內(nèi)通過垂直于波的傳播方向的某一面積的能量.平均能流：udtS單位：焦耳/秒，瓦，J?s-1，W7

能流密度

(波的強(qiáng)度)I:

通過垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流.

SuwP=udtS換句話說，能流密度是單位時間內(nèi)通過垂直于波速方向的單位截面的平均能量。8

例1證明球面波的振幅與離開其波源的距離成反比，并求球面簡諧波的波函數(shù).

證介質(zhì)無吸收，通過兩個球面的平均能流相等.即故9例2：一球面波源的功率為100W，則距波源10m處，波的平均能流密度I是多少？解：（W?m-2）對如圖的平面簡諧波t時刻的波形曲線,下列各結(jié)論哪個是正確的?yxABC①B處質(zhì)元的振動動能減小,則其彈性勢能必增大;答：質(zhì)元的振動動能和彈性勢能是同相位的，同時增大，同時減少。錯錯②A處質(zhì)元回到平衡位置的過程中,它把自己的能量傳給相鄰的質(zhì)元,其能量逐漸減小;答：在平衡位置質(zhì)元的振動動能和彈性勢能最大，所以A處質(zhì)元回到平衡位置的過程中能量應(yīng)該逐漸增大。④B處質(zhì)元振動動能增大,則波一定沿x負(fù)方向傳播;x

答：B處質(zhì)元振動動能增大,則它將向平衡位置移動，作圖可知波一定沿x負(fù)方向傳播;對⑤

B處質(zhì)元振動動能減小,則C處質(zhì)元振動動能一定增大;

答：B處質(zhì)元振動動能減小,可知波一定沿x正方向傳播，作圖，看出C處質(zhì)元遠(yuǎn)離平衡位置，則振動動能一定減少。錯ABCxABC⑥C處質(zhì)元t時刻波的能量(動能與勢能之和)是10J,則在(t+T)時刻(T為周期)該處質(zhì)元振動動能一定是5J;答：動能與勢能在任意時刻都相等，又t時刻波的能量與在(t+T)時刻(T為周期)的能量應(yīng)該相同，所以在(t+T)時刻C處質(zhì)元振動動能一定是5J;對

介質(zhì)中波動傳播到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，而在其后的任意時刻，這些子波的包絡(luò)就是新的波前.一惠更斯原理

核心是子波。根據(jù)惠更斯原理，只要知道某一時刻的波陣面，就可以確定下一時刻的波陣面。子波波陣面包絡(luò)新的波陣面14子波波源波前子波O

適用于任何波動過程適用于任何介質(zhì)（均勻的，非均勻的）幾何作圖法利用惠更斯原理可解釋波的折射、反射和衍射。1、波的反射定律2、波的折射定律3、波的衍射15

波在傳播過程中遇到障礙物，而發(fā)生偏離原方向傳播，能繞過障礙物的邊緣，在障礙物的陰影區(qū)內(nèi)繼續(xù)傳播.

二波的衍射當(dāng)狹縫縮小，與波長相近時，衍射效果顯著。衍射現(xiàn)象是波動特征之一。16三波的干涉1波的傳播規(guī)律

獨(dú)立性：兩列波在某區(qū)域相遇后再分開，傳播情況與未相遇時相同，互不干擾.

波的疊加性：在相遇區(qū)，任一質(zhì)點(diǎn)的振動為二波單獨(dú)在該點(diǎn)引起的振動的合成.能分辨不同的聲音正是這個原因17

頻率相同、振動方向平行、相位相同或相位差恒定的兩列波相遇時，使某些地方振動始終加強(qiáng)，而使另一些地方振動始終減弱的現(xiàn)象，稱為波的干涉現(xiàn)象.2

波的干涉18波頻率相同，振動方向相同，位相差恒定例水波干涉光波干涉

某些點(diǎn)振動始終加強(qiáng)，另一些點(diǎn)振動始終減弱或完全抵消.

(2)干涉現(xiàn)象滿足干涉條件的波稱相干波.(1)干涉條件19波源振動點(diǎn)P的兩個分振動(3)干涉現(xiàn)象的定量討論*20定值*21合振幅最大當(dāng)合振幅最小當(dāng)位相差決定了合振幅的大小.討論干涉加強(qiáng)（相長）干涉減弱（相消）22例1如圖所示，A、B

兩點(diǎn)為同一介質(zhì)中兩相干波源.其振幅皆為5cm，頻率皆為100Hz，但當(dāng)點(diǎn)A

為波峰時，點(diǎn)B恰為波谷.設(shè)波速為，試寫出由A、B發(fā)出的兩列波傳到點(diǎn)P

時干涉的結(jié)果.15m20mABP23設(shè)

A

的相位較B超前點(diǎn)P

合振幅解(m)15m20mABP24一駐波的產(chǎn)生1

現(xiàn)象特點(diǎn)：媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都作振幅各不相同的穩(wěn)定振動。波形并沒有傳播。252條件兩列振幅相同的相干波相向傳播3

駐波的形成2728二駐波方程正向負(fù)向振幅？29

駐波方程討論(1)振幅隨x

而異,與時間無關(guān)

當(dāng)處為波節(jié)位置：相鄰波節(jié)間距：參與波動的每個點(diǎn)振幅恒定不變，不同質(zhì)元的振幅不同。30處為波腹

當(dāng)相鄰波腹間距：xy波節(jié)波腹振幅包絡(luò)圖31(2)

相位分布相鄰兩波節(jié)間各點(diǎn)振動相位相同一波節(jié)兩側(cè)各點(diǎn)振動相位相反（3）駐波中沒有凈能量傳遞能流密度結(jié)論：波形不動,分段振動(駐波)32

邊界條件

駐波一般由入射、反射波疊加而成，反射發(fā)生在兩介質(zhì)交界面上，在交界面處出現(xiàn)波節(jié)還是波腹，取決于介質(zhì)的性質(zhì).波疏介質(zhì),波密介質(zhì)介質(zhì)分類33波密介質(zhì)較大波疏介質(zhì)較小波疏介質(zhì)波密介質(zhì)34

當(dāng)波從波疏介質(zhì)垂直入射到波密介質(zhì),被反射到波疏介質(zhì)時形成波節(jié).

入射波與反射波在此處的相位時時相反,即反射波在分界處產(chǎn)