高二物理競賽波動能量和運動相對性的描述 課件

波的能量能流密度1、波動是能量的傳播

當(dāng)機(jī)械波在媒質(zhì)中傳播時，媒質(zhì)中各質(zhì)點均在其平衡位置附近振動，因而具有振動動能。同時，介質(zhì)發(fā)生彈性形變，因而具有彈性勢能。以固體棒中傳播的縱波為例，取一個小體積元來分析波動能量的傳播。xOxO振動動能xOxO(1)振動動能楊氏模量(2)

彈性勢能xOxO密疏體積元的總機(jī)械能xOxO密疏

體積元在平衡位置時，動能、勢能和總機(jī)械能均最大。(1)在波動傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動能、勢能、總機(jī)械能均隨(x,t)作周期性變化，且變化是同相位的。體積元的位移最大時，三者均為零。

討論AC

體積元在平衡位置時，動能、勢能和總機(jī)械能均最大。體積元的位移最大時，三者均為零。速度最大時：質(zhì)點過平衡位置時動能最大。此時的相對形變（應(yīng)變）也最大！同理可證：質(zhì)元動能最小時，勢能也最小?！巴唷钡亩糠治觯?2)任一體積元都在不斷地接收和放出能量，即不斷地傳播能量。任一體積元的機(jī)械能不守恒。波動是能量傳遞的一種方式。

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。2波的能流和能流密度

能流：單位時間內(nèi)垂直通過某一面積的能量。

平均能流：能流密度I

(波的強(qiáng)度)

通過垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流。uS單位含義:描述波的能量強(qiáng)弱.(1)

平面簡諧波均勻-無吸收-無限大S1S2能流密度I

(波的強(qiáng)度)

討論

例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，一個周期通過兩個球面的能量相等.即式中為離開波源的距離，為處的振幅.(2)

球面波均勻、無吸收、無限大13

設(shè)有兩個相互平動的參照系S和S/。在S系中建立直角坐標(biāo)系o—xyz，在S/系中建立直角坐標(biāo)系o—x/y/z/。設(shè)質(zhì)點P在空間運動。二者關(guān)系1)位矢的相對性（成立條件空間長度測量的絕對性）P點相對于S系的位矢為：相對于S/系的位矢為：2)速度的相對性（成立條件時間間隔測量的絕對性）一。運動相對性的描述t時刻：將對時間求導(dǎo)，14速度：加速度：可代表：位矢、位移、速度、加速度等。將速度公式再對時間求導(dǎo)，可統(tǒng)一表示為：強(qiáng)調(diào)：相對運動公式的獲得必須滿足長度的測量和時間的測量與坐標(biāo)系無關(guān)這兩個條件。t時刻：t+Δt時刻：兩式相減，即得t時刻：15

運動的描述是相對的。對所有物理現(xiàn)象的觀測和所有物理規(guī)律的描述都是相對于某一參照系而言的。力學(xué)相對性原理：對于所有慣性系，力學(xué)現(xiàn)象都遵從相同的規(guī)律，力學(xué)定律都各自有相同的形式?；蛘哒f，在研究力學(xué)現(xiàn)象時，一切慣性系都是等價的。二、力學(xué)相對性原理

牛頓運動定律的表述形式適用于慣性系。在不同的慣性系里牛頓運動定律的形式都是一樣的。在任何慣性系中觀察同一力學(xué)現(xiàn)象都將按同樣的形式發(fā)生和演化。

在任一慣性系中進(jìn)行力學(xué)實驗都將得到同樣的結(jié)果，我們不能借助于力學(xué)實驗來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的慣性運動。因此在研究力學(xué)現(xiàn)象時，所有慣性系都是等價的。16三、伽利略變換

設(shè)有兩個參照系S系和S’系，各坐標(biāo)軸相互平行。S’

系相對S系沿ox軸以u運動。時兩坐標(biāo)重合t時刻，物體在P點(看成一事件）在S’系看來，該事件的時空坐標(biāo)為：在S系看來，該事件的時空坐標(biāo)為：坐標(biāo)軸原點O與O’點重合時作為公共計時起點。171）伽利略坐標(biāo)變換18由坐標(biāo)變換公式對時間求導(dǎo)2)伽利略速度變換速度滿足速度疊加原理。193)伽利略加速度變換由速度變換公式對時間求導(dǎo)不同慣性系下，描寫同一質(zhì)點的加速度相同。在兩個慣性系中即經(jīng)典時空中牛頓第二定律適用于任何慣性系。在慣性系中所有力學(xué)規(guī)律相同——牛頓的力學(xué)相對性原理20

同樣兩點的距離或同樣的前后兩個事件之間的時間間隔無論在哪個慣性系中測量都是一樣的，而且時間和空間是彼此獨立、沒有任何聯(lián)系的。四、經(jīng)典的時空觀

絕對空間是指長度的量度與參照系無關(guān)，絕對時間是指時間的量度與參照系無關(guān)。時間是絕對的，空間是絕對的，時間和空間是彼此獨立，沒有任何聯(lián)系。從而同時也