高二物理竞赛波的能量课件

1一波动能量的传播

波的传播是能量的传播，传播过程中，介质中的质点运动，具有动能，介质形变具有势能

.pWkW1

波的能量①媒质质元能量是如何变化的？②能量传播的规律如何？这里要搞清：1.质点振动的速度和加速度（1）v

是质点的振动速度,与波速u不同。

反之亦然（3）a与v

的位相差为（2）v

与y的位相差为183机械能弹性势能能量密度：单位体积介质中的波动能量

平均能量密度：能量密度在一个周期内的平均值4讨论(1)在波动传播的介质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随作周期性变化，且变化是同相位的.xy(2)其周期为波动周期的一半。Ek、EP同时达到最大同时达到最小（平衡位置处）（最大位移处）速度最小速度最大形变最小形变最大5(3)任一体积元都在不断地接收和放出能量，机械能不守恒.平均讲来，体积元的能量密度保持不变，即媒质中并不积累能量。因而它是一个能量传递的过程，或者说波是能量传播的一种形式；波动的能量沿波速方向传播；6二能流和能流密度

能流：单位时间内通过垂直于波的传播方向的某一面积的能量.平均能流：udtS单位：焦耳/秒，瓦，J•s-1，W7

能流密度

(波的强度)I:

通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流.

SuwP=udtS换句话说，能流密度是单位时间内通过垂直于波速方向的单位截面的平均能量。8

例1证明球面波的振幅与离开其波源的距离成反比，并求球面简谐波的波函数.

证介质无吸收，通过两个球面的平均能流相等.即故9例2：一球面波源的功率为100W，则距波源10m处，波的平均能流密度I是多少？解：（W•m-2）对如图的平面简谐波t时刻的波形曲线,下列各结论哪个是正确的?yxABC①B处质元的振动动能减小,则其弹性势能必增大;答：质元的振动动能和弹性势能是同相位的，同时增大，同时减少。错错②A处质元回到平衡位置的过程中,它把自己的能量传给相邻的质元,其能量逐渐减小;答：在平衡位置质元的振动动能和弹性势能最大，所以A处质元回到平衡位置的过程中能量应该逐渐增大。④B处质元振动动能增大,则波一定沿x负方向传播;x

答：B处质元振动动能增大,则它将向平衡位置移动，作图可知波一定沿x负方向传播;对⑤

B处质元振动动能减小,则C处质元振动动能一定增大;

答：B处质元振动动能减小,可知波一定沿x正方向传播，作图，看出C处质元远离平衡位置，则振动动能一定减少。错ABCxABC⑥C处质元t时刻波的能量(动能与势能之和)是10J,则在(t+T)时刻(T为周期)该处质元振动动能一定是5J;答：动能与势能在任意时刻都相等，又t时刻波的能量与在(t+T)时刻(T为周期)的能量应该相同，所以在(t+T)时刻C处质元振动动能一定是5J;对

介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.一惠更斯原理

核心是子波。根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。子波波阵面包络新的波阵面14子波波源波前子波O

适用于任何波动过程适用于任何介质（均匀的，非均匀的）几何作图法利用惠更斯原理可解释波的折射、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

波在传播过程中遇到障碍物，而发生偏离原方向传播，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.

二波的衍射当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。衍射现象是波动特征之一。16三波的干涉1波的传播规律

独立性：两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰.

波的叠加性：在相遇区，任一质点的振动为二波单独在该点引起的振动的合成.能分辨不同的声音正是这个原因17

频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，而使另一些地方振动始终减弱的现象，称为波的干涉现象.2

波的干涉18波频率相同，振动方向相同，位相差恒定例水波干涉光波干涉

某些点振动始终加强，另一些点振动始终减弱或完全抵消.

(2)干涉现象满足干涉条件的波称相干波.(1)干涉条件19波源振动点P的两个分振动(3)干涉现象的定量讨论*20定值*21合振幅最大当合振幅最小当位相差决定了合振幅的大小.讨论干涉加强（相长）干涉减弱（相消）22例1如图所示，A、B

两点为同一介质中两相干波源.其振幅皆为5cm，频率皆为100Hz，但当点A

为波峰时，点B恰为波谷.设波速为，试写出由A、B发出的两列波传到点P

时干涉的结果.15m20mABP23设

A

的相位较B超前点P

合振幅解(m)15m20mABP24一驻波的产生1

现象特点：媒质中各质点都作振幅各不相同的稳定振动。波形并没有传播。252条件两列振幅相同的相干波相向传播3

驻波的形成2728二驻波方程正向负向振幅？29

驻波方程讨论(1)振幅随x

而异,与时间无关

当处为波节位置：相邻波节间距：参与波动的每个点振幅恒定不变，不同质元的振幅不同。30处为波腹

当相邻波腹间距：xy波节波腹振幅包络图31(2)

相位分布相邻两波节间各点振动相位相同一波节两侧各点振动相位相反（3）驻波中没有净能量传递能流密度结论：波形不动,分段振动(驻波)32

边界条件

驻波一般由入射、反射波叠加而成，反射发生在两介质交界面上，在交界面处出现波节还是波腹，取决于介质的性质.波疏介质,波密介质介质分类33波密介质较大波疏介质较小波疏介质波密介质34

当波从波疏介质垂直入射到波密介质,被反射到波疏介质时形成波节.

入射波与反射波在此处的相位时时相反,即反射波在分界处产