2022-2023學(xué)年高二物理 關(guān)于波動(dòng)的基本概念 競(jìng)賽課件

關(guān)于波動(dòng)的基本概念12關(guān)于波動(dòng)的基本概念一、波的產(chǎn)生和傳播彈性介質(zhì)和波源—是機(jī)械波產(chǎn)生的條件。彈性介質(zhì)是指由彈性力組合的連續(xù)介質(zhì)。波源處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)通過彈性介質(zhì)中的彈性力將振動(dòng)傳播開去，從而形成機(jī)械波。

波動(dòng)(wave)（或行波）是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，是能量的傳播，而不是質(zhì)點(diǎn)的傳播。二、橫波(transversewave)和縱波(longitudinalwave)

橫波：參與波動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相垂直的波，如電磁波。3

縱波：參與波動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相平行的波，如聲波。任一波，例如：水波、地表波，都能分解為橫波與縱波來進(jìn)行研究。三、波線和波面

波線(waveray)（或波射線）—從波源沿各傳播方向所畫的帶箭頭的線。

波面(wavesurface)（或相面、波陣面）—波在傳播過程中，所有振動(dòng)相位相同的點(diǎn)連成的面。4球面波，平面波在各向同性均勻介質(zhì)中，波線與波面垂直。四、波速、波長(zhǎng)以及波的周期和頻率波速u：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)振動(dòng)傳播的距離，也就是波面向前推進(jìn)的速率。固體中橫波的波速(G為切變模量，ρ為密度)

固體中縱波的波速(Y為楊氏模量)

流體中縱波的波速B為體變模量，定義為5波長(zhǎng)λ：沿同一波線上相位差為2π的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。橫波：波長(zhǎng)等于兩相鄰波峰之間或相鄰波谷之間的距離。縱波：波長(zhǎng)等于兩相鄰密部之間或相鄰疏部之間的距離。周期T：一個(gè)完整的波(即一個(gè)波長(zhǎng)的波)通過波線上某點(diǎn)所需要的時(shí)間。頻率ν：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過波線上某點(diǎn)完整波的數(shù)目。關(guān)系：6五、波動(dòng)所遵從的基本原理1.波的疊加原理

兩列或兩列以上的波可以互不影響地同時(shí)通過某一區(qū)域；在相遇區(qū)域內(nèi)共同在某質(zhì)點(diǎn)引起的振動(dòng)，是各列波單獨(dú)在該質(zhì)點(diǎn)所引起的振動(dòng)的合成。

2.惠更斯原理

波所到之處各點(diǎn)，都可以看作是發(fā)射子波的波源，在以后任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)就是波在該時(shí)刻的波面。

惠更斯原理不僅適用于機(jī)械波，也適用于其他波，如電磁波等。O7例1

在波線上有相距2.5cm的A、B兩點(diǎn)，已知點(diǎn)B的振動(dòng)相位比點(diǎn)A落后30

，振動(dòng)周期為2.0s，求波速和波長(zhǎng)。

解因在波線上相距λ兩點(diǎn)的相位差為2π，所以波速為8惠更斯（ChristianHuygens1629—1695），荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。1655年獲得法學(xué)博士學(xué)位。1663年成為倫敦皇家學(xué)會(huì)的第一位外國(guó)會(huì)員。是與牛頓同一時(shí)代的科學(xué)家，是歷史上最著名的物理學(xué)家之一，他對(duì)力學(xué)的發(fā)展和光學(xué)的研究都有杰出的貢獻(xiàn)，在數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面也有卓越的成就，是近代自然科學(xué)的一位重要開拓者。9因?yàn)殡娙萜髦械碾娏?、?chǎng)強(qiáng)和電壓分別為Q=

S=

ES,E=E/εr=σ/ε,UAB=Ed

由此可以求得電容器中靜電能量電容器中靜電能的能量密度對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)，在體元d

內(nèi)的電場(chǎng)能量為整個(gè)電場(chǎng)的能量可以表示為10球坐標(biāo)的體元

在各向異性電介質(zhì)中，一般說來

與

的方向不同，這時(shí)電場(chǎng)能量密度應(yīng)表示為O11例1一個(gè)半徑為R，帶電荷為q的金屬球浸沒在電容率為

的無限大均勻電介質(zhì)中，求空間的電場(chǎng)能量。rS解因?yàn)榍騼?nèi)沒有電場(chǎng)，電場(chǎng)能為零，由高斯定理求得球外的電場(chǎng)強(qiáng)度為即