波动含电磁波.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,波动含电磁波,脉冲波,持续波,简谐波,非简谐波,等。,波动是波源的振动状态或能量在介质中的传播,，,介质中,质点并不随波前进,，,只在各自的平衡位置附近往复运动。,二、机械波的类型,横波,纵波,线性波,非线性波,任一波,(,如水波、地表波,),都能分解为横波与纵波进行研究。,固体中的波源可以产生横波和纵波。,液体和气体中的波源只能产生纵波。,水面波既不是纵波，也不是横波。,1.横波:,振动方向,传播方向,的波。,2.纵波:,振动方向,传播方向,的波。,2.波前,波源最初振动状态传播到各点所连成的面。,根据波前的形状可以把波分为,平面波,、,球面波,、,柱面波,等。,三,、,波的几何描述,1.波面,振动相位相同的各点连成的面,(,同相面,),。,3.波线,沿波的传播方向的射线。,在各向同性的均匀介质中：,波线波面,。,平,面,波,波线,波面,球,面,波,波线,波面,1.弹性绳或弦线上的,横波波速,2.固体中的,横波波速,T,绳或弦中的张力,；,三,、,机械波的传播速度,绳或弦的质量线密度,。,(7-50),G,切变模量；,F,切,固体的质量体密度,。,4.液体和气体中的,纵波波速,B,容变模量,；,3.固体中的,纵波波速,Y,杨氏模量；,固体的质量体密度。,(7-51),液体或气体的质量体密度。,(7-52),G,Y,，,固体中,u,横,u),(7-85),该式将波的空间周期性和时间周期性联系在一起。,驻波方程,(3),各点作,频率相同,、,振幅不同,的谐振动。,(1),A,驻,是,x,的周期函数，决定,x,处质点的振幅。,(2),决定,x,处质点的振动状态。,(5),驻波方程的实质：,振动方程,。,(4),方程中不含 项，非行波，没有波形的传播。,驻波方程,说明：,3,、,驻波的特征,1）.波节和波腹,相邻两波节,(,或波腹,),间的距离：,波节,振幅,=,0,波腹,振幅,=,2,A,x,O,波节,波腹,波节位置,波腹位置,2）.驻波中各点的相位关系,3）.驻波的能量特征,波节之间各质点作振幅不同的,同相,振动；,波节两边质点作,反相,振动。,当各质点达最大位移时全部为势能，波节点附近集中的,势能最多(此处形变最大),(2)当各质点达平衡位置时全部为动能，波腹点附近集中的,动能最多(此处速度最大),(3)驻波的动,、,势能在两相邻的波节波腹之间相互转化，,既无波形传播又无振动状态和能量传播。,五,、,半波损失,(,相位跃变）,反射处形成波腹。,反射处形成波节；,1,.波阻：,u,其中，,介质密度,；,u,波速。,两介质相比较，,u,大者称,波密介质,，小者称,波疏介质,。,当波由波疏介质向波密介质垂直入射在两介质界面,反射时,相位突变,，称为,“,半波损失,”,。,时，有半波损失，,时，无半波损失，,波疏介质,波密介质,有,无,2,.半波损失,例：,一沿,x,轴正向传播的入射波方程为,在,L,=5,处的,P,点被固定端的界面反射，,六,、,驻波问题举例,求：(1)反射波的波动方程；(2)合成的驻波方程；,O,x,P,波密,介质,L,=,5,入射波,反射波,解：,(1),波由,O,传至,P,再返回,O,，引起,O,点振动相位比,y,入,O,落后了：,由半波损失引起的相位差,(3)合成驻波的波节、波腹点的坐标。,(2)驻波方程,得,反射波方程,为,：,所以反射波在,O,点的振动方程,为：,(3)波节点：,波腹点：,波节点坐标：,波腹点坐标：,*,7,8,多普勒效应,如果波源与观察者之间有相对运动，则观察者接受到的,波的频率不同于波源频率的现象,(,多普勒频移,),。,多普勒效应,下面仅讨论,波源、观察者沿同一直线运动,的情况。,设介质中：,u,波速,。,v,S,S,波源运动速度；,v,O,观察者运动速度；,波源频率；,观察者接受到的波的频率；,S,P,一,、,波源静止，观察者运动,P,接收到的频率,=,S,P,波长保持不变：,单位时间内接受到完整波的数目,(,波数,),：,(7-85),观察者向着波源运动：,v,O,取,“,”，,观察者离开波源运动：,v,O,取,“,”，,P,接收到的频率：,此时波长变为：,二,、,观察者静止，波源运动,S,P,(7-88),波源向着观察者运动：,v,S,取,“,”，,波源离开观察者运动：,v,S,取,“,”，,三,、,波源和观察者都相对介质运动,(7-91),式中,v,O,和,v,S,符号取法同上。,结论：,波源和观察者相互接近时 ，频率变大；,波源和观察者相互远离时 ，频率变小。,四,、,观察者和波源的运动不在二者连线上,有纵向多普勒效应；无横向多普勒效应。,五,、,若波源速度超过波速,(,v,S,u,),S,v,S,u,形成“,马赫锥,”,v,S,P,S,v,O,O,S,飞行速度与声速的比值,v,S,/,u,决定,角，,比值,v,S,/,u,称“,马赫数,”。,冲击波带,例1:一警报器发射频率,1000 Hz,的声波,离观察者向一固定,的目的物运动，其速度为,10,m,/,s,。,试问:,(1),观察者直接听到从警报器传来声音的频率为多少,?,(2),观察者听到从目的物反射回来的声音频率为多少,?,(3),听到的拍频是多少,?,(空气的声速为,330 m,/,s,),解:,(1),观察者直接听到从警报器传来声音的频率：,已知：,(3),两波合成的拍频为,目的物反射的频率等于入射声音的频率,2,。,(2),目的物接到的声音频率为,静止观察者听到反射声音的频率:,例,2,：,利用多普勒效应监测汽车行驶的速度。一固定波源发出,频率为,100,kHz,的超声波，当汽车迎着波源驶来时，,与波源安装在一起的接受器接收到从汽车反射回来的超,声波的频率为,110,Hz,。已知空气中声速为,330,-1,，,求：汽车行驶的速率。,解:分两步分析：,第一步：波向着汽车传播并被汽车接收，此时波源是静止,的，汽车作为观察者迎着波源运动。设汽车行驶,速度为,，则接收到的频率为：,二、平均能流和平均能流密度,波线上各质点的振动速度和加速度,四、观察者和波源的运动不在二者连线上,单位时间内通过垂直波速方向,该叠加原理仅在弱波条件时成立，强冲击波则不成立。,质元的速度：,(2)决定 x 处质点的振动状态。,干涉 相消7-88),二、平均能流和平均能流密度,波腹 振幅最大，振动最强的点,应先写出O点的振动方程：,由此解得汽车行驶的速度为：,第二步：波从汽车表面反射回来，此时汽车作为波源向着,接受器运动，汽车发出的波的频率即是它接收到,的频率,，而接受器此时是观察者，它接收到的,频率为：,四,、,多普勒效应的应用,光谱测量和光谱学,天文学,宇宙学,一,、,电磁波的产生,1,.产生：,振荡电路,(,LC,电路,),2,.电磁波方程,由麦氏方程得：,平面电磁波：,*,电磁波,(,简介,),1110,二,、,电磁波的基本性质,1,.和 同相且传播速度相同。,真空中：,2,.电磁波是横波，,、成右手关系。,3,.E,和,H,的关系：,4,.电磁波的传播速度：,5,.介质对电磁波的折射率：,介质中：,u,E,H,三,、,电磁波的能量,波印廷矢量,代入能流密度公式：,四,、,电磁波谱,10,3,10,6,10,9,10,12,10,15,10,20,10,3,10,0,10,6,10,9,10,12,10,5,10,2,1 KHz,1 MHz,1 GHz,1 THz,1km,1m,1cm,1nm,1 A,1,m,X,射线,紫外线,可见光,红外线,微 波,高频电视,调频广播,雷达,射线,无线电射频,电力传输,五,、,电磁波的多普勒效应,c,真空中的光速；,v,波源与观察者相对运动速度。,波源远离时，,v,取,“,”,；接近时，,v,取,“,”,。,其中：,振,动,与,波,动,习,题,课,一,、,基本概念和公式,1.谐振动特征,2.,A,、,的确定,3.谐振动能量,4.同振向同频率谐振动的合成,5.波动方程,6,.,各物理量的关系,7.波的平均能量密度,波的强度,8.波的相位差干涉条件,加强,减弱,9.驻波方程,10.半波损失,波节,波腹,二,、,课堂例题,1.如图两个谐振动曲线，写出谐振动方程。,2,.如图为某时刻的波形图，该波波长为多少？,3,.如图为沿,x,正向传播的平面简谐波在,t,=,t,0,时刻的波形。,已知,u,=,-1,，求,(1),O,点的振动方程；(2)波动方,程；(3),C,点的振动方程；(4),C,D,两点的相位差；(5)该,时刻体积相等的,A,B,两质元中哪个势能较大？(6)此波是,横波还是纵波？,的波形,4,.如图,，,入射波沿,x,方向传播，,t,=,0,时引起,O,点质元由,平衡位置向,y,正方向运动,，,BC,为波密介质反射面,。,已知：,A,，,，,求：,(1)驻波方程；(2)点振动方程；(3)波节点坐标。,入射波,反射波,谢谢观看,谢谢观看,