大一上演示物理课件波动

1、 振动在空间的传播过程叫做波动振动在空间的传播过程叫做波动常见的波有常见的波有: 机械波机械波 , 电磁波电磁波 , , 二二 波动波动 (Wave) 1 机械波的产生和传播机械波的产生和传播一一. . 机械波的产生机械波的产生1. 机械波机械波: : 机械振动在空间的传播机械振动在空间的传播2. 产生条件产生条件: : 波源波源 媒媒质质3. 弹性波弹性波: : 机械振动在弹性媒质中的传播机械振动在弹性媒质中的传播 横波横波 纵波纵波5. 简谐波简谐波: 波源作简谐振动波源作简谐振动, 在波传到的区域在波传到的区域, 媒质中的质元均作简谐振动媒质中的质元均作简谐振动 。4. 波的分类：波的分

2、类：振动方向振动方向 传播方向传播方向振动方向振动方向 / / 传播方向传播方向水波水波声波声波t = 00481620 12 t = T/4 t = T/2 t = 3T/4 t = T 二、二、波的特点：波的特点：1、 质元并未质元并未“随波逐流随波逐流” 波的传播不是媒波的传播不是媒 质质元的传播，质质元的传播，各质元做同频率简谐振动各质元做同频率简谐振动波是相位的传播波是相位的传播“上游上游”的质元依次带动的质元依次带动“下游下游”的质元振动的质元振动3、 同时刻各质元相位不同，同时刻各质元相位不同， 沿波传播方向相位依次落后沿波传播方向相位依次落后t = T t = T 4 4、 波

3、源每振动一个周期，振动状态向前波源每振动一个周期，振动状态向前 传播一个距离传播一个距离-波长波长 - - 振动位相传播振动位相传播 2 波长波长 相位差相位差2 5、 波速波速-即相位传播速度（相速）即相位传播速度（相速）u u区分：区分：质元振动速度与波速质元振动速度与波速6、 振动的传播伴随有能量的传播振动的传播伴随有能量的传播补充：补充： 行波图法判断各点的振动方向行波图法判断各点的振动方向utoxyt+ t(1)由由 t 时刻的波形曲线时刻的波形曲线(2) 根据波速根据波速 u 画出画出t+ t时刻的波形曲线；时刻的波形曲线；(3)确定某些质元的振动趋势确定某些质元的振动趋势 。具体

4、步骤：具体步骤：2 一维简谐波的表达式一维简谐波的表达式简谐波：简谐波： 介质中各点均做简谐振动介质中各点均做简谐振动同相面：同相面：波阵面：波阵面：由振动周相相同的点所组成的面。由振动周相相同的点所组成的面。某时刻波动所到达的点所组成的面。某时刻波动所到达的点所组成的面。平面波：平面波：球面波：球面波：波阵面为一球面波阵面为一球面波阵面为一平面波阵面为一平面球面波球面波平面波平面波波波线线 波面波面波线：波线：波的传播方向波的传播方向一一. . 一维行波的表达式一维行波的表达式( (波函数波函数) )设：如图所示波，设：如图所示波，t=0时，质点偏离平衡位置的位移：时，质点偏离平衡位置的位移

5、：y0=f(x)uxt时刻时刻,各质点偏离平衡位置的位移：各质点偏离平衡位置的位移：一一. . 一维行波的表达式一维行波的表达式( (波函数波函数) )设：如图所示波，设：如图所示波，t=0时，质点偏离平衡位置的位移：时，质点偏离平衡位置的位移：y0=f(x)ux xut 沿沿x轴正方向传播的行波的波函数轴正方向传播的行波的波函数y(t, x)=f(x-ut)y(t, x)=f(x-ut)t时刻时刻,各质点偏离平衡位置的位移：各质点偏离平衡位置的位移：二二. 一维简谐波表达式的物理意义一维简谐波表达式的物理意义y(x,t) cos( t- -k kx+ 0)1. 固定固定 x, (x= x0)

6、2. 固定固定 t, (t = t0 )cos(),(000 kxtAtxy)cos(),(000 kxtAtxy002x-x0点点振动曲线振动曲线落后于参考原点落后于参考原点- t 时刻时刻 波形方程波形方程3 3 波动方程和波速波动方程和波速一一. . 平面波波动方程平面波波动方程22222xyuty 一维简谐波的表达式就是此波动方程的解一维简谐波的表达式就是此波动方程的解为波速为波速 具体问题具体问题(1) (1) 弹性绳上的横波弹性绳上的横波 Tu T T- -绳的初始张力绳的初始张力, , - -绳的线密度绳的线密度Y Y- -杨氏弹性模量杨氏弹性模量 - -体密度体密度 Yu (2

7、) (2) 固体棒中的纵波固体棒中的纵波(3) (3) 固体中的横波固体中的横波 Gu G G - - 切变模量切变模量G G Y Y, , 固体中固体中 横波横波纵波纵波*震中震中uP 514km/suS 38km/s1. 1. 平面简谐波的能量密度平面简谐波的能量密度可以证明：简谐波的平均能量密度：可以证明：简谐波的平均能量密度：2221Aw 各质点每时每刻的动能各质点每时每刻的动能=势能势能pkdEdE 为媒质质量密度为媒质质量密度2. 波的强度波的强度能流密度的时间平均值能流密度的时间平均值uwI能能 平面简谐波平面简谐波2221AuuwI 能能3.3.声强级声强级1. 正常人听声范围

8、正常人听声范围20 20000 Hz. I下下 I 0)SvS = 0vRu R = S, RRVuvSRRuVuv 但但 R uVuuVuRR/当接受器远离波源运动时当接受器远离波源运动时SRRuVuv3. 接收器静止接收器静止,波源运动波源运动 (VR=0,设设VS0) S13. 接收器静止接收器静止,波源运动波源运动 (VR=0,设设VS0) S1S2 S1S2S33. 接收器静止接收器静止,波源运动波源运动 (VR=0,设设VS0) R = , 实实vSS R 实实 0uTSVSTSSVS 实实 0uTSVSTSSVSS运动的前方波长缩短运动的前方波长缩短S运动的前方波长增长运动的前方

9、波长增长但但 S 实实 = uTS VSTS 实实 0SVSuTSVSTS实uSSRVuu SSSSSVuuTVuTu4. 接收器、波源都运动接收器、波源都运动 实实vSS RSSRRVuVu S R(设设 VS 、VR均均0)SSRRVuVu说明：说明：1.上式适用于一维声波多普勒效应的任意情况，上式适用于一维声波多普勒效应的任意情况，其中：其中：度度为为波波在在媒媒质质中中的的传传播播速速u动动速速度度为为探探测测器器在在媒媒质质中中的的运运RV速度速度为波源在媒质中的运动为波源在媒质中的运动SV反之，取为负值反之，取为负值方向相同，取为正值；方向相同，取为正值；与与、永为正值，则永为正值，则若取若取uVVuSR（2）若若S和和R的运动不在二者连线上的运动不在二者连线上 RS S RVSVRSSSRRRVuVu coscos （3）若波源速度超过波速若波源速度超过波速(VSu) Su vS sVu sin 超音速飞机会在空气超音速飞机会在空气 中激起冲击波中激起冲击波 冲击波带冲击波带飞行速度与声速的比值飞行速度与声速的比值VS/u(称称马赫数马赫数)决定决定 角角 有纵向多普勒效应有纵向多普勒效应无横向多普勒效应无横向多普勒效应SRcVcV cos1122 R S R