高二物理竞赛波动能量和运动相对性的描述 课件

波的能量能流密度1、波动是能量的传播

当机械波在媒质中传播时，媒质中各质点均在其平衡位置附近振动，因而具有振动动能。同时，介质发生弹性形变，因而具有弹性势能。以固体棒中传播的纵波为例，取一个小体积元来分析波动能量的传播。xOxO振动动能xOxO(1)振动动能杨氏模量(2)

弹性势能xOxO密疏体积元的总机械能xOxO密疏

体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能均最大。(1)在波动传播的媒质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随(x,t)作周期性变化，且变化是同相位的。体积元的位移最大时，三者均为零。

讨论AC

体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能均最大。体积元的位移最大时，三者均为零。速度最大时：质点过平衡位置时动能最大。此时的相对形变（应变）也最大！同理可证：质元动能最小时，势能也最小。“同相”的定量分析：(2)任一体积元都在不断地接收和放出能量，即不断地传播能量。任一体积元的机械能不守恒。波动是能量传递的一种方式。

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。2波的能流和能流密度

能流：单位时间内垂直通过某一面积的能量。

平均能流：能流密度I

(波的强度)

通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流。uS单位含义:描述波的能量强弱.(1)

平面简谐波均匀-无吸收-无限大S1S2能流密度I

(波的强度)

讨论

例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，一个周期通过两个球面的能量相等.即式中为离开波源的距离，为处的振幅.(2)

球面波均匀、无吸收、无限大13

设有两个相互平动的参照系S和S/。在S系中建立直角坐标系o—xyz，在S/系中建立直角坐标系o—x/y/z/。设质点P在空间运动。二者关系1)位矢的相对性（成立条件空间长度测量的绝对性）P点相对于S系的位矢为：相对于S/系的位矢为：2)速度的相对性（成立条件时间间隔测量的绝对性）一。运动相对性的描述t时刻：将对时间求导，14速度：加速度：可代表：位矢、位移、速度、加速度等。将速度公式再对时间求导，可统一表示为：强调：相对运动公式的获得必须满足长度的测量和时间的测量与坐标系无关这两个条件。t时刻：t+Δt时刻：两式相减，即得t时刻：15

运动的描述是相对的。对所有物理现象的观测和所有物理规律的描述都是相对于某一参照系而言的。力学相对性原理：对于所有惯性系，力学现象都遵从相同的规律，力学定律都各自有相同的形式。或者说，在研究力学现象时，一切惯性系都是等价的。二、力学相对性原理

牛顿运动定律的表述形式适用于惯性系。在不同的惯性系里牛顿运动定律的形式都是一样的。在任何惯性系中观察同一力学现象都将按同样的形式发生和演化。

在任一惯性系中进行力学实验都将得到同样的结果，我们不能借助于力学实验来发现系统的惯性运动。因此在研究力学现象时，所有惯性系都是等价的。16三、伽利略变换

设有两个参照系S系和S’系，各坐标轴相互平行。S’

系相对S系沿ox轴以u运动。时两坐标重合t时刻，物体在P点(看成一事件）在S’系看来，该事件的时空坐标为：在S系看来，该事件的时空坐标为：坐标轴原点O与O’点重合时作为公共计时起点。171）伽利略坐标变换18由坐标变换公式对时间求导2)伽利略速度变换速度满足速度叠加原理。193)伽利略加速度变换由速度变换公式对时间求导不同惯性系下，描写同一质点的加速度相同。在两个惯性系中即经典时空中牛顿第二定律适用于任何惯性系。在惯性系中所有力学规律相同——牛顿的力学相对性原理20

同样两点的距离或同样的前后两个事件之间的时间间隔无论在哪个惯性系中测量都是一样的，而且时间和空间是彼此独立、没有任何联系的。四、经典的时空观

绝对空间是指长度的量度与参照系无关，绝对时间是指时间的量度与参照系无关。时间是绝对的，空间是绝对的，时间和空间是彼此独立，没有任何联系。从而同时也