高二物理競賽波動學(xué)基礎(chǔ)課件

第10章波動學(xué)基礎(chǔ)波動是振動的傳播過程.振動是激發(fā)波動的波源.機(jī)械波電磁波波動機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播.交變電磁場在空間的傳播.兩類波的不同之處機(jī)械波的傳播需有傳播振動的介質(zhì);電磁波的傳播可不需介質(zhì).能量傳播反射折射干涉衍射兩類波的共同特征波源介質(zhì)+彈性作用機(jī)械波§10.1機(jī)械波的產(chǎn)生及描述產(chǎn)生條件：1）波源；2）彈性介質(zhì).

波是運(yùn)動狀態(tài)的傳播，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波傳播.注意機(jī)械波：機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播.機(jī)械波的產(chǎn)生橫波：質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向相垂直的波.（僅在固體中傳播）橫波與縱波

特征：具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷.縱波：質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向互相平行的波.（可在固體、液體和氣體中傳播）

特征：具有交替出現(xiàn)的密部和疏部.波射線（waveline）——表示波的傳播方向的射線波振面（wavesurface）——相位相同的點(diǎn)組成的面波前（wavefront）——波到達(dá)的最前面的波振面球面波平面波波射線波陣面描述波的物理量

波長：沿波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相位差為的振動質(zhì)點(diǎn)之間的距離，即一個(gè)完整波形的長度.OyAA-

周期：波前進(jìn)一個(gè)波長的距離所需要的時(shí)間.

頻率：周期的倒數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)波動所傳播的完整波的數(shù)目.

波速：波動過程中，某一振動狀態(tài)（即振動相位）單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（相速）.注意周期或頻率只決定于波源的振動!波速只決定于媒質(zhì)的性質(zhì)！波速與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，

為介質(zhì)的密度.如聲音的傳播速度空氣，常溫左右，混凝土橫波固體縱波液、氣體切變模量彈性模量體積模量用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述波線上每一質(zhì)點(diǎn)在每一時(shí)刻的位移，稱為行波的波動方程?！?0.2平面簡諧波

簡諧波：在均勻的、無吸收的介質(zhì)中，波源作簡諧運(yùn)動時(shí)，在介質(zhì)中所形成的波.

平面簡諧波：波面為平面的簡諧波.點(diǎn)O

的振動方程點(diǎn)P

以速度u沿x軸正向傳播的平面簡諧波：點(diǎn)P

振動方程

沿

軸負(fù)向

點(diǎn)O

振動方程

波函數(shù)

沿軸正向

O波函數(shù)的物理意義1當(dāng)x

固定時(shí)，波函數(shù)表示該點(diǎn)的簡諧運(yùn)動方程，并給出該點(diǎn)與點(diǎn)O

振動的相位差.（波具有時(shí)間的周期性）（波具有空間的周期性）2當(dāng)一定時(shí)，波函數(shù)表示該時(shí)刻波線上各點(diǎn)相對其平衡位置的位移，即此刻的波形.OO3若均變化，波函數(shù)表示波形沿傳播方向的運(yùn)動情況（行波）.時(shí)刻時(shí)刻波動能量能流密度

當(dāng)機(jī)械波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均在其平衡位置附近振動，因而具有振動動能.

同時(shí)，介質(zhì)發(fā)生彈性形變，因而具有彈性勢能.xOxO以固體棒中傳播的縱波為例分析波動能量的傳播.

振動動能xOxO楊氏模量

彈性勢能xOxO

體積元的總機(jī)械能

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(gè)周期內(nèi)的平均值.