2021-2022学年高二物理竞赛课件：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 波动过程也是能量的传播过程。 质元dm= dV (为媒质的密度)，长dx、伸长量dy。质元的振动动能和势能分别为dxdydm=dVu3由此得对比有：即：波动方程空间二次导数前的系数就是波的传播速度4讨论：影响波的传播速度的因素对其它波动形式的方程作类似推导，可得各种波动的波动方程及传播速度，由传播速度的表达式，容易知道影响波传播速度的因素绳的微振动横波T：绳的张力杆的纵向微振动波Y：杨氏弹性模量杆的横向微振动波G：切变弹性摸量声音在空气中传播B：体变模量真空中的电磁波真空介电常数，真空磁导率5介质的几种典型模量 若在截面为S，长为l的细棒两端加上大小相等、

2、方向相反的轴向拉力F，使棒伸长l，实验证明：在弹性限度内，正应力F/S与线性应变l/l成正比，即 杨氏模量比例系数Y由材料的弹性决定，称为杨氏模量 (2).切变模量 (1).杨氏模量切变模量在柱体上下表面S上作用一大小相等，方向相反的切向力F，使柱体6发生切变。实验证明：在弹性限度内，切应力F/S与切应变x/h成正比，即 比例系数G由材料的切变弹性决定，称为切变模量 (3).体变模量 设流体体积在压强为P时等于V，如果是压强增加到P+P，体积变化为V+V，则在通常压强范围内有 体变模量比例系数B称为体变模量。式中负号表示当P0时，V 0 7由胡克定律，杨氏弹性模量: Y= u28质元dm的总能

3、:(3)能量密度(单位体积中波的能量)为 (1)任意时刻,质元的动能和势能都相等。即 (2)质元的总能量随时间作周期性的变化。在波动中, 随着振动在媒质中的传播, 能量也从媒质的一部分传到另一部分, 所以,波动是能量传播的一种方式。9平均能量密度：二.波的能流密度(波强) 单位时间内，通过垂直于波动传播方向的单位面积的能量,称为能流密度。 显然，能流密度也就是通过垂直于波动传播方向的单位面积的功率。容易证明, 能流密度(或波强)为Sudt10三. 声波 声强级 引起人听觉的机械波的频率范围： 20-20000Hz 人耳的听觉并不与声强成正比，而是与声强的对数成正比。取声强Io=10-12(w/

4、m2)为标准，则声强级:(dB)树叶沙沙：20dB; 正常谈话： 60dB; 闹市：70dB; 飞机起飞：150dB。11(A)质元a的动能为零 , 势能最大。(B)质元a的动能最大 , 势能为零。(C)质元b的动能最大, 势能最大。(D)质元b的动能最大, 势能为零。答: (C) 例题4-1 图为某一时刻的波形曲线, 由图可知uoxyab12 例题4-2 一电台(视为点波源)平均发射功率10kw，求离电台1km处的波强。 解 能流密度(波强)为 能流密度也就是通过垂直于波传播方向的单位面积的功率。于是所求能流密度(波强)为=7.9610-4(w/m2)13波的叠加原理 每列波的传播特性不因其它波的存在而改变。任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。这一规律称为波的独立传播原理或波的叠加原理。 适用条件：波强较小。波的干涉 两列波: (1)频率相同； (2)振动方向