高二物理竞赛波的能量课件.ppt

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1、1,一 波动能量的传播,1 波的能量,媒质质元能量是如何变化的？ 能量传播的规律如何？,这里要搞清：,1.质点振动的速度和加速度,（1）v 是质点的振动速度, 与波速 u不同。,反之亦然,（3）a 与v 的位相差为,（2）v 与 y的位相差为,18,3,机械能,弹性势能,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,4,(1)在波动传播的介质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随 作周期性变化，且变化是同相位的.,(2)其周期为波动周期的一半。,Ek、EP,同时达到最大,同时达到最小,（平衡位置处）,（最大位移处）,速度最小,速度最大,形变最小,形变最大,5

2、,(3)任一体积元都在不断地接收和放出能量，机械能不守恒.,平均讲来，体积元的能量密度保持不变，,即媒质中并不积累能量。因而它是一个能量传递的过程，或者说波是能量传播的一种形式；波动的能量沿波速方向传播；,6,二 能流和能流密度,能流：单位时间内通过垂直于波的传播方向的某一面积的能量.,平均能流：,单位：焦耳/秒，瓦，Js-1，W,7,能流密度 ( 波的强度 )I:,通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流.,换句话说，能流密度是单位时间内通过垂直于波速方向的单位截面的平均能量。,8,例1 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，通过两个球面的平均能

3、流相等.,即,故,9,例2：一球面波源的功率为 100W，则距波源 10m 处，波的平均能流密度 I 是多少？,解：,（W m-2 ）,对如图的平面简谐波t时刻的波形曲线,下列各结论哪个是正确的?, B处质元的振动动能减小,则其弹性势能必增大;,答：质元的振动动能和弹性势能是同相位的 ，同时增大，同时减少。,错,错, A处质元回到平衡位置的过程中,它把自己的能量传给相邻的质元,其能量逐渐减小;,答：在平衡位置质元的振动动能和弹性势能最大，所以A处质元回到平衡位置的过程中能量应该逐渐增大。, B处质元振动动能增大,则波一定沿x负方向传播;,x,答： B处质元振动动能增大,则它将向平衡位置移动，作

4、图可知波一定沿x负方向传播;,对, B处质元振动动能减小,则C处质元振动动能一定增大;,答：B处质元振动动能减小,可知波一定沿x正方向传播，作图，看出C处质元远离平衡位置，则振动动能一定减少。,错,x, C处质元t时刻波的能量(动能与势能之和)是10J,则在(t+T)时刻(T为周期)该处质元振动动能一定是5J;,答： 动能与势能在任意时刻都相等，又t时刻波的能量与在(t+T)时刻(T为周期)的能量应该相同，所以在(t+T)时刻C处质元振动动能一定是5J;,对,介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.,一 惠更斯原理,核心是子波。根据惠更

5、斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。,子波,波阵面,包络,新的波阵面,14,子波波源,波前,子波,适用于任何波动过程适用于任何介质（均匀的，非均匀的）几何作图法,利用惠更斯原理可解释波的折射、反射和衍射。,1、波的反射定律,2、波的折射定律,3、波的衍射,15,波在传播过程中遇到障碍物，而发生偏离原方向传播，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.,二 波的衍射,当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。,衍射现象是波动特征之一。,16,三 波的干涉,1波的传播规律,独立性：两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰.,波的叠加性：在相遇区，任

6、一质点的振动为二波单独在该点引起的振动的合成.,能分辨不同的声音正是这个原因,17,频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，而使另一些地方振动始终减弱的现象，称为波的干涉现象.,2 波的干涉,18,波频率相同，振动方向相同，位相差恒定,例 水波干涉 光波干涉,某些点振动始终加强，另一些点振动始终减弱或完全抵消.,(2)干涉现象,满足干涉条件的波称相干波.,(1)干涉条件,19,波源振动,点P 的两个分振动,(3)干涉现象的定量讨论,20,定值,21,位相差 决定了合振幅的大小.,讨 论,干涉加强（相长）,干涉减弱（相消）,22,例1 如图所示，A、B

7、 两点为同一介质中两相干波源.其振幅皆为5 cm，频率皆为100 Hz，但当点 A 为波峰时，点B 恰为波谷.设波速为 ，试写出由A、B发出的两列波传到点P 时干涉的结果.,23,设 A 的相位较 B 超前,点P 合振幅,解,(m),15 m,20 m,A,B,P,24,一 驻波的产生,1 现象,特点：媒质中各质点都作振幅各不相同的稳定振动。波形并没有传播。,25,2 条件 两列振幅相同的相干波相向传播,3 驻 波 的 形 成,27,28,二 驻波方程,正向,负向,振幅 ？,29,驻波方程,讨论,(1)振幅 随 x 而异,与时间无关,位置：,相邻波节间距：,参与波动的每个点振幅恒定不变，不同质

8、元的振幅不同。,30,相邻波腹间距：,x,y,波节,波腹,振幅包络图,31,(2) 相位分布,相邻两波节间各点振动相位相同,一波节两侧各点振动相位相反,（3）驻波中没有净能量传递 能流密度,结论：波形不动, 分段振动(驻波),32,边界条件,驻波一般由入射、反射波叠加而成，反射发生在两介质交界面上，在交界面处出现波节还是波腹，取决于介质的性质.,波疏介质,波密介质,介质分类,33,波疏介质 波密介质,34,当波从波疏介质垂直入射到波密介质,被反射到波疏介质时形成波节. 入射波与反射波在此处的相位时时相反, 即反射波在分界处产生 的相位跃变，相当于出现了半个波长的波程差，称半波损失.,三 相位跃变（半波损失）,35,36,当波从波密介质垂直入射到波疏介质， 被反射到波密介质时形成波腹. 入射波与反射波在此处的相位时时相同，即反射波在分界处不产生相位跃变.,波密介质 波疏介质,