高中物理竞赛10.1机械波的基本概念课件.ppt

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1、第第1010章章 机械波机械波 10.1 10.1 机械波的基本概念机械波的基本概念 10.2 10.2 平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数 10.3 10.3 波的能量、能流波的能量、能流 10.4 10.4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉 10.510.5 多普勒效应多普勒效应一、波动的基本概念一、波动的基本概念1.1.机械波的产生机械波的产生 条件条件波源：作机械振动的物体波源：作机械振动的物体机械波机械波:机械振动以一定速度在弹性介质中由近机械振动以一定速度在弹性介质中由近及远地传播出去，就形成机械波。及远地传播出去，就形成机械波。弹性介质：承担传播振动的物质弹性介质：承担传播振动的物

2、质10.1 机械波的基本概念机械波的基本概念2.横波和纵波横波和纵波介质质点的振动方向与波传播方向介质质点的振动方向与波传播方向相互垂直相互垂直的波；的波；如柔绳上传播的波。如柔绳上传播的波。介质质点的介质质点的振动方向和波传播方向振动方向和波传播方向相互平行相互平行的波；的波；如空气中传播的声波。如空气中传播的声波。纵波：纵波：横波：横波：1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718横横 波波1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718纵纵 波波传播方向传播方向振动方向振动方向传播方向传播方向振动方向振动方向1.1.波动的几何描述波动的几何

3、描述二、波动的描述二、波动的描述沿波的传播方向画一些带箭头的线段沿波的传播方向画一些带箭头的线段波线波线波面波面在波传播过程中，介质中的质点都在各自平衡位置附在波传播过程中，介质中的质点都在各自平衡位置附近振动，振动近振动，振动相位相同相位相同的点连成的面。的点连成的面。球面波球面波波面波面波线波线波面是球面的波叫做波面是球面的波叫做球面波球面波波前波前在某一时刻，波传播到的最前面的波面。在某一时刻，波传播到的最前面的波面。(波线波线)（波面）（波面）波前进一个波长距离所需的时间。周期表征了波前进一个波长距离所需的时间。周期表征了波的时间周期性。波的时间周期性。同一波线上两个相邻的振动状态相同

4、的两点之间同一波线上两个相邻的振动状态相同的两点之间的距离刚好是一个完整波形长度波长反映了波的的距离刚好是一个完整波形长度波长反映了波的空间周期性。空间周期性。单位时间内，波前进距离中完整波的数目。频率单位时间内，波前进距离中完整波的数目。频率与周期的关系为与周期的关系为振动状态在媒质中的传播速度。振动状态在媒质中的传播速度。在振动过程中，某一振动状态在单位时间内所传在振动过程中，某一振动状态在单位时间内所传播的距离。波速与波长、周期和频率的关系为播的距离。波速与波长、周期和频率的关系为2.2.波的特征物理量描述波的特征物理量描述 柔柔软软细细线线中中的的横波横波：气体和液体中气体和液体中的纵

5、波：的纵波：固体固体内横波和纵波的传播速度为：内横波和纵波的传播速度为：固体切变模量固体切变模量弹性模量弹性模量密度密度介质容变弹性模量介质容变弹性模量绳或弦中张力绳或弦中张力一、平面简谐波的波动方程一、平面简谐波的波动方程简谐振动简谐振动yxxP PO O 振动从振动从O O点传到点传到P P点的时间为点的时间为表明表明P P点处的振动相位就是点处的振动相位就是O O点处在点处在 时刻的振动相位时刻的振动相位即即O O点振动相位为点振动相位为 时时,P P点处振动相位点处振动相位所以所以P P点在点在t t时刻位移为时刻位移为10.2 平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数因为因为P P点是波

6、线上任一点，则点是波线上任一点，则即沿即沿x x轴轴正正方向传播的平面简谐波的波动方程方向传播的平面简谐波的波动方程yxxP PO O 若沿若沿x x轴轴负负方向传播的平面简谐波的波动方程方向传播的平面简谐波的波动方程二、波动方程的物理意义二、波动方程的物理意义(1)x 给定，给定，y=y(t)是是 x 处振动方程，处振动方程，y只是时间只是时间t的函数的函数(2)t 给定，给定，y只是时间只是时间t的函数的函数，y=y(x)表示表示 t 时刻的波形图时刻的波形图同一时刻波线上同一时刻波线上 和和 处两质点振动相位是不同的处两质点振动相位是不同的相位差相位差为波程差为波程差(3)x和和 t 都

7、在变化，表示波线上各质点在都在变化，表示波线上各质点在任意时刻的振动情况任意时刻的振动情况后一时刻波形为前一时刻波形在空间平行推移结果，形象后一时刻波形为前一时刻波形在空间平行推移结果，形象的称之为的称之为行波行波。时刻波形为实线时刻波形为实线 时刻波形为虚线时刻波形为虚线 所以，周期波长比较得：振幅波速初相角频率例例10-110-1一平面简谐波沿x轴正方向传播，已知其波函数为 求：（1）波的振幅、波长、周期及波速；（2）质点振动的最大速度。解：（1）比较系数法：即先将波动方程变为标准形式然后比较系数：（2）质点振动速度为其最大值为例例10-210-2某一平面简谐波在t=0时刻的波形如图所示，设此简谐波的频率为50Hz，且此时在原点的质点运动方向向下。求：（1）该波的波动方程；（2）在距O点100m处质点B的振动方程与振动速度的表达式。