大一上演示物理課件波動(dòng)

1、 振動(dòng)在空間的傳播過(guò)程叫做波動(dòng)振動(dòng)在空間的傳播過(guò)程叫做波動(dòng)常見(jiàn)的波有常見(jiàn)的波有: 機(jī)械波機(jī)械波 , 電磁波電磁波 , , 二二 波動(dòng)波動(dòng) (Wave) 1 機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播一一. . 機(jī)械波的產(chǎn)生機(jī)械波的產(chǎn)生1. 機(jī)械波機(jī)械波: : 機(jī)械振動(dòng)在空間的傳播機(jī)械振動(dòng)在空間的傳播2. 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件: : 波源波源 媒媒質(zhì)質(zhì)3. 彈性波彈性波: : 機(jī)械振動(dòng)在彈性媒質(zhì)中的傳播機(jī)械振動(dòng)在彈性媒質(zhì)中的傳播 橫波橫波 縱波縱波5. 簡(jiǎn)諧波簡(jiǎn)諧波: 波源作簡(jiǎn)諧振動(dòng)波源作簡(jiǎn)諧振動(dòng), 在波傳到的區(qū)域在波傳到的區(qū)域, 媒質(zhì)中的質(zhì)元均作簡(jiǎn)諧振動(dòng)媒質(zhì)中的質(zhì)元均作簡(jiǎn)諧振動(dòng) 。4. 波的分類(lèi)：波的分

2、類(lèi)：振動(dòng)方向振動(dòng)方向 傳播方向傳播方向振動(dòng)方向振動(dòng)方向 / / 傳播方向傳播方向水波水波聲波聲波t = 00481620 12 t = T/4 t = T/2 t = 3T/4 t = T 二、二、波的特點(diǎn)：波的特點(diǎn)：1、 質(zhì)元并未質(zhì)元并未“隨波逐流隨波逐流” 波的傳播不是媒波的傳播不是媒 質(zhì)質(zhì)元的傳播，質(zhì)質(zhì)元的傳播，各質(zhì)元做同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)各質(zhì)元做同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)波是相位的傳播波是相位的傳播“上游上游”的質(zhì)元依次帶動(dòng)的質(zhì)元依次帶動(dòng)“下游下游”的質(zhì)元振動(dòng)的質(zhì)元振動(dòng)3、 同時(shí)刻各質(zhì)元相位不同，同時(shí)刻各質(zhì)元相位不同， 沿波傳播方向相位依次落后沿波傳播方向相位依次落后t = T t = T 4 4、 波

3、源每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)狀態(tài)向前波源每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)狀態(tài)向前 傳播一個(gè)距離傳播一個(gè)距離-波長(zhǎng)波長(zhǎng) - - 振動(dòng)位相傳播振動(dòng)位相傳播 2 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 相位差相位差2 5、 波速波速-即相位傳播速度（相速）即相位傳播速度（相速）u u區(qū)分：區(qū)分：質(zhì)元振動(dòng)速度與波速質(zhì)元振動(dòng)速度與波速6、 振動(dòng)的傳播伴隨有能量的傳播振動(dòng)的傳播伴隨有能量的傳播補(bǔ)充：補(bǔ)充： 行波圖法判斷各點(diǎn)的振動(dòng)方向行波圖法判斷各點(diǎn)的振動(dòng)方向utoxyt+ t(1)由由 t 時(shí)刻的波形曲線(xiàn)時(shí)刻的波形曲線(xiàn)(2) 根據(jù)波速根據(jù)波速 u 畫(huà)出畫(huà)出t+ t時(shí)刻的波形曲線(xiàn)；時(shí)刻的波形曲線(xiàn)；(3)確定某些質(zhì)元的振動(dòng)趨勢(shì)確定某些質(zhì)元的振動(dòng)趨勢(shì) 。具體

4、步驟：具體步驟：2 一維簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式一維簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式簡(jiǎn)諧波：簡(jiǎn)諧波： 介質(zhì)中各點(diǎn)均做簡(jiǎn)諧振動(dòng)介質(zhì)中各點(diǎn)均做簡(jiǎn)諧振動(dòng)同相面：同相面：波陣面：波陣面：由振動(dòng)周相相同的點(diǎn)所組成的面。由振動(dòng)周相相同的點(diǎn)所組成的面。某時(shí)刻波動(dòng)所到達(dá)的點(diǎn)所組成的面。某時(shí)刻波動(dòng)所到達(dá)的點(diǎn)所組成的面。平面波：平面波：球面波：球面波：波陣面為一球面波陣面為一球面波陣面為一平面波陣面為一平面球面波球面波平面波平面波波波線(xiàn)線(xiàn) 波面波面波線(xiàn)：波線(xiàn)：波的傳播方向波的傳播方向一一. . 一維行波的表達(dá)式一維行波的表達(dá)式( (波函數(shù)波函數(shù)) )設(shè)：如圖所示波，設(shè)：如圖所示波，t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：時(shí)，質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移

5、：y0=f(x)uxt時(shí)刻時(shí)刻,各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：一一. . 一維行波的表達(dá)式一維行波的表達(dá)式( (波函數(shù)波函數(shù)) )設(shè)：如圖所示波，設(shè)：如圖所示波，t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：時(shí)，質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：y0=f(x)ux xut 沿沿x軸正方向傳播的行波的波函數(shù)軸正方向傳播的行波的波函數(shù)y(t, x)=f(x-ut)y(t, x)=f(x-ut)t時(shí)刻時(shí)刻,各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：各質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的位移：二二. 一維簡(jiǎn)諧波表達(dá)式的物理意義一維簡(jiǎn)諧波表達(dá)式的物理意義y(x,t) cos( t- -k kx+ 0)1. 固定固定 x, (x= x0)

6、2. 固定固定 t, (t = t0 )cos(),(000 kxtAtxy)cos(),(000 kxtAtxy002x-x0點(diǎn)點(diǎn)振動(dòng)曲線(xiàn)振動(dòng)曲線(xiàn)落后于參考原點(diǎn)落后于參考原點(diǎn)- t 時(shí)刻時(shí)刻 波形方程波形方程3 3 波動(dòng)方程和波速波動(dòng)方程和波速一一. . 平面波波動(dòng)方程平面波波動(dòng)方程22222xyuty 一維簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式就是此波動(dòng)方程的解一維簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式就是此波動(dòng)方程的解為波速為波速 具體問(wèn)題具體問(wèn)題(1) (1) 彈性繩上的橫波彈性繩上的橫波 Tu T T- -繩的初始張力繩的初始張力, , - -繩的線(xiàn)密度繩的線(xiàn)密度Y Y- -楊氏彈性模量楊氏彈性模量 - -體密度體密度 Yu (2

7、) (2) 固體棒中的縱波固體棒中的縱波(3) (3) 固體中的橫波固體中的橫波 Gu G G - - 切變模量切變模量G G Y Y, , 固體中固體中 橫波橫波縱波縱波*震中震中uP 514km/suS 38km/s1. 1. 平面簡(jiǎn)諧波的能量密度平面簡(jiǎn)諧波的能量密度可以證明：簡(jiǎn)諧波的平均能量密度：可以證明：簡(jiǎn)諧波的平均能量密度：2221Aw 各質(zhì)點(diǎn)每時(shí)每刻的動(dòng)能各質(zhì)點(diǎn)每時(shí)每刻的動(dòng)能=勢(shì)能勢(shì)能pkdEdE 為媒質(zhì)質(zhì)量密度為媒質(zhì)質(zhì)量密度2. 波的強(qiáng)度波的強(qiáng)度能流密度的時(shí)間平均值能流密度的時(shí)間平均值uwI能能 平面簡(jiǎn)諧波平面簡(jiǎn)諧波2221AuuwI 能能3.3.聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)1. 正常人聽(tīng)聲范圍

8、正常人聽(tīng)聲范圍20 20000 Hz. I下下 I 0)SvS = 0vRu R = S, RRVuvSRRuVuv 但但 R uVuuVuRR/當(dāng)接受器遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)當(dāng)接受器遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)SRRuVuv3. 接收器靜止接收器靜止,波源運(yùn)動(dòng)波源運(yùn)動(dòng) (VR=0,設(shè)設(shè)VS0) S13. 接收器靜止接收器靜止,波源運(yùn)動(dòng)波源運(yùn)動(dòng) (VR=0,設(shè)設(shè)VS0) S1S2 S1S2S33. 接收器靜止接收器靜止,波源運(yùn)動(dòng)波源運(yùn)動(dòng) (VR=0,設(shè)設(shè)VS0) R = , 實(shí)實(shí)vSS R 實(shí)實(shí) 0uTSVSTSSVS 實(shí)實(shí) 0uTSVSTSSVSS運(yùn)動(dòng)的前方波長(zhǎng)縮短運(yùn)動(dòng)的前方波長(zhǎng)縮短S運(yùn)動(dòng)的前方波長(zhǎng)增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的前方

9、波長(zhǎng)增長(zhǎng)但但 S 實(shí)實(shí) = uTS VSTS 實(shí)實(shí) 0SVSuTSVSTS實(shí)uSSRVuu SSSSSVuuTVuTu4. 接收器、波源都運(yùn)動(dòng)接收器、波源都運(yùn)動(dòng) 實(shí)實(shí)vSS RSSRRVuVu S R(設(shè)設(shè) VS 、VR均均0)SSRRVuVu說(shuō)明：說(shuō)明：1.上式適用于一維聲波多普勒效應(yīng)的任意情況，上式適用于一維聲波多普勒效應(yīng)的任意情況，其中：其中：度度為為波波在在媒媒質(zhì)質(zhì)中中的的傳傳播播速速u(mài)動(dòng)動(dòng)速速度度為為探探測(cè)測(cè)器器在在媒媒質(zhì)質(zhì)中中的的運(yùn)運(yùn)RV速度速度為波源在媒質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)為波源在媒質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)SV反之，取為負(fù)值反之，取為負(fù)值方向相同，取為正值；方向相同，取為正值；與與、永為正值，則永為正值，則若取若取uVVuSR（2）若若S和和R的運(yùn)動(dòng)不在二者連線(xiàn)上的運(yùn)動(dòng)不在二者連線(xiàn)上 RS S RVSVRSSSRRRVuVu coscos （3）若波源速度超過(guò)波速若波源速度超過(guò)波速(VSu) Su vS sVu sin 超音速飛機(jī)會(huì)在空氣超音速飛機(jī)會(huì)在空氣 中激起沖擊波中激起沖擊波 沖擊波帶沖擊波帶飛行速度與聲速的比值飛行速度與聲速的比值VS/u(稱(chēng)稱(chēng)馬赫數(shù)馬赫數(shù))決定決定 角角 有縱向多普勒效應(yīng)有縱向多普勒效應(yīng)無(wú)橫向多普勒效應(yīng)無(wú)橫向多普勒效應(yīng)SRcVcV cos1122 R S R