大学物理8至12节.pptx

同同学学们们好好?我国唯一的宇宙线观测站西藏羊八井我国唯一的宇宙线观测站西藏羊八井观测站是世界上海拔最高的宇宙线观观测站是世界上海拔最高的宇宙线观测站，目前已有测站，目前已有527527个探测器。个探测器。结构框图：结构框图：平面简谐平面简谐行波行波特征量特征量波函数波函数能能 量量多普勒效应多普勒效应*电磁波电磁波 *声声 波波 *非线性波非线性波简介简介111 1.8-168-16 机械波机械波波动波动是振动的传播过程是振动的传播过程.振动振动是激发波动的波源是激发波动的波源.机械波机械波电磁波电磁波波动波动机械振动在机械振动在弹性弹性介质中的传播介质中的传播.交变电磁场在空间的传播交变电磁场在空间的传播.两两类类波波的的不不同同之之处处v机械波的传播需有机械波的传播需有传播振动的介质传播振动的介质;v电磁波的传播可不电磁波的传播可不需介质需介质.2能量传播能量传播2反射反射2折射折射2干涉干涉2衍射衍射两两类类波波的的共共同同特特征征111 1.8-9 8-9 机械波的产生与传播机械波的产生与传播 描写波的物理量描写波的物理量波源波源介质介质+弹性作用弹性作用机机械械波波 一、机械波的产生一、机械波的产生产生条件：产生条件：1）波源；波源；2）弹性介质弹性介质.波是运动状态的传播，介质的波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播质点并不随波传播.注意注意机械波：机械振动在弹性介质中的传播机械波：机械振动在弹性介质中的传播.1.横波：横波：质点振动方向与波的传播方向相质点振动方向与波的传播方向相垂直垂直的波的波.（仅在固体中传播（仅在固体中传播）二、横波与纵波二、横波与纵波 特征：具有交替出现的波峰和波谷特征：具有交替出现的波峰和波谷.2.纵波：纵波：质点振动方向与波的传播方向互相质点振动方向与波的传播方向互相平行平行的波的波.（可在固体、液体和气体中传播）（可在固体、液体和气体中传播）特征：具有交替出现的密部和疏部特征：具有交替出现的密部和疏部.3.复杂波复杂波 （本章研究对象）（本章研究对象）特点：波源及介质中各点均作简谐振动特点：波源及介质中各点均作简谐振动特点：复杂波可分解为横波和纵波的合成特点：复杂波可分解为横波和纵波的合成例如：地震波例如：地震波 简谐波简谐波三、三、波线波线 波面波面 波前波前振动相位相同的点组成的面称为波阵面。振动相位相同的点组成的面称为波阵面。1.波线波线2.波阵面波阵面波的传播方向。波的传播方向。任一时刻波源最初振动状态在各方向上任一时刻波源最初振动状态在各方向上传到的点的轨迹。传到的点的轨迹。波前波前是最前面的波阵面。是最前面的波阵面。性质性质（3）各向同性介质中，波线垂直于波阵面。各向同性介质中，波线垂直于波阵面。（2）波阵面的推进即为波的传播。波阵面的推进即为波的传播。（1）同一波阵面上各点振动状态相同。同一波阵面上各点振动状态相同。分类（分类（1）平面波平面波 （2）球面波球面波各质点相对平衡各质点相对平衡位置的位置的位移位移波线上各质点波线上各质点平衡平衡位置位置 简谐波：在均匀的、无吸收的介质中，波源作简谐波：在均匀的、无吸收的介质中，波源作简谐运动时，在介质中所形成的波。简谐运动时，在介质中所形成的波。一、平面简谐波的波函数一、平面简谐波的波函数 平面简谐波：波面为平面的简谐波。平面简谐波：波面为平面的简谐波。介质中任一质点（坐标为介质中任一质点（坐标为 x）相对其平衡位置的）相对其平衡位置的位移（坐标为位移（坐标为 y）随时间的变化关系，即）随时间的变化关系，即 称称为波函数。为波函数。111 1.10-1210-12 平面简谐波平面简谐波 波形曲线波形曲线 波动方程的求法波动方程的求法点点O 的振动状态的振动状态点点 Pt 时刻点时刻点 P 的运动的运动t-x/u时刻点时刻点O 的运动的运动 以速度以速度u 沿沿 x 轴正向传播的轴正向传播的平面简谐波平面简谐波.令令原点原点O 的初相为的初相为零，其振动方程零，其振动方程 点点P 振动方程振动方程时间推时间推迟方法迟方法 波函数波函数点点 P 比点比点 O 落后落后的相位的相位点点 P 振动方程振动方程点点 O 振动方程振动方程 P*O相位落后法相位落后法 波函数波函数 沿沿 轴轴负负向向 点点 O 振动方程振动方程 波波函函数数 沿沿 轴轴正正向向 O 如果原点的如果原点的初相位初相位不不为零为零 波动方程的其它形式波动方程的其它形式角波数角波数 质点的振动速度，加速度质点的振动速度，加速度平面简谐波波函数的数学形式和物理意义平面简谐波波函数的数学形式和物理意义1 1）2 2）对应跑动的波形对应跑动的波形3 3）注意：注意：波形曲线与振动曲线比较波形曲线与振动曲线比较 (见下页表见下页表)振动曲线振动曲线波形曲线波形曲线图形图形研究研究对象对象物理物理意义意义特征特征某质点位移随时间某质点位移随时间变化规律变化规律某时刻，波线上各质点某时刻，波线上各质点位移随位置变化规律位移随位置变化规律对确定质点曲线形状一定对确定质点曲线形状一定曲线形状随曲线形状随t 向前平移向前平移由振动曲线可知由振动曲线可知某时刻某时刻方向参看下一时刻方向参看下一时刻初相初相周期周期T.振幅振幅A 由波形曲线可知由波形曲线可知该时刻各质点位移该时刻各质点位移只有只有t=0时刻波形才能提供初相时刻波形才能提供初相波长波长 ,振幅振幅A某质点某质点 方向参看前一质点方向参看前一质点AxPt0 uoAtPt0To二、波长二、波长 波的周期和频率波的周期和频率 波速波速OyA A -1.波长波长 波传播方向上相邻两振动状态完全相同波传播方向上相邻两振动状态完全相同的质点间的距离的质点间的距离（一完整波的长度一完整波的长度）.横波：横波：相邻相邻 波峰波峰波峰波峰 波谷波谷 波谷波谷 纵波：纵波：相邻相邻 波疏波疏波疏波疏 波密波密波密波密2.周期周期 T 波传过一波长所需的时间波传过一波长所需的时间，或一完整或一完整波通过波线上某点所需的时间波通过波线上某点所需的时间.3.频率频率 单位时间内波向前传播的完整波的单位时间内波向前传播的完整波的数目数目.（1 内向前传播了几个波长）内向前传播了几个波长）波在介质中传播的速度波在介质中传播的速度 4 波速波速 钢铁中钢铁中 水水 中中例如，声波在空气中例如，声波在空气中决定于介质的性质（弹性模量和密度）决定于介质的性质（弹性模量和密度）流体流体(液、气体液、气体)：体积体积模量模量固体：固体：切变切变模量模量弹性弹性模量模量 Tu=弦上波弦上波r rGu=横波横波r rYu=纵波纵波四个物理量的联系四个物理量的联系注意：注意：相位传播速度：在各向同性介质中为常数相位传播速度：在各向同性介质中为常数质点振动速度质点振动速度周期周期：由波源决定；由波源决定；波速波速：由介质决定；由介质决定；波长波长：与波源和介质均有关。与波源和介质均有关。注意：注意：纵波纵波二者在同一直线上：二者在同一直线上：二者互相垂直：二者互相垂直：横波横波由波形曲线和振动曲线建立波函数由波形曲线和振动曲线建立波函数练习练习已知：已知：平面简谐波平面简谐波 t=0 时波形时波形 波线上波线上 x=1 m 处处 P 点振动曲线点振动曲线求：求：波函数波函数（1）以以 O 为参考点为参考点（2）以以 P 为参考点为参考点00.20.11020.20.2解：解：由图可知：由图可知：则则（1）以以O为参考点，先写为参考点，先写O的振动方程的振动方程P在在 t=0 时刻过平衡位置向负向运动时刻过平衡位置向负向运动 波向左传波向左传0 00.20.20.10.11 10 02 20.20.20.20.2O在在 t=0 时刻过平衡位置向正向运动时刻过平衡位置向正向运动波向波向-x方向传播方向传播0 00.20.20.10.11 10 02 20.20.20.20.2（2）以以P为参考点，先写为参考点，先写P的振动方程的振动方程P的初相：的初相：波向波向-x方向传播方向传播0 00.20.20.10.11 10 02 20.20.20.20.2