《振动与波动》PPT课件.ppt

《《振动与波动》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《振动与波动》PPT课件.ppt（24页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院3.11.1 3.11.1 驻波的产生驻波的产生驻波的产生驻波的产生振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿同一直线上沿相反相反方向传播时叠加而形成的一种特殊方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象。的干涉现象。3.11 3.11 驻波驻波 半波损失半波损失 第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院驻驻 波波 的的 形形 成成第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻

2、波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院驻波的振幅驻波的振幅与位置有关与位置有关3.11.2 3.11.2 驻波方程驻波方程驻波方程驻波方程正向正向负向负向各质点都在作同各质点都在作同频率的简谐运动频率的简谐运动第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 驻波方程驻波方程 讨论讨论10波腹波腹波节波节相邻相邻波腹（节）波腹（节）间距间距 相邻波相邻波腹腹和波和波节节间距间距（1）振幅振幅 随随 x 而异，而异，与时间无关。与时间无关。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应

3、哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院（2）相邻两波节之间质点振动同相位，任一波相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节两侧振动相位相反，在节两侧振动相位相反，在波节波节处产生处产生 的的相位跃变。相位跃变。（与行波不同，无相位的传播。）（与行波不同，无相位的传播。）为为波节波节例，例，第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院3.11.3 3.11.3 相位跃变相位跃变相位跃变相位跃变（半波损失）（半波损失）（半波损失）（半波损失）当波从波疏介质垂直入射到波密介质，被反射到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

4、成波疏介质时形成波节波节。入射波与反射波在此处的相位。入射波与反射波在此处的相位时时时时相反相反，即反射波在，即反射波在分界处分界处产生产生 的相位的相位跃变跃变，相，相当于出现了半个波长的波程差，称当于出现了半个波长的波程差，称半波损失半波损失。波波密密介介质质较较大大波波疏疏介介质质较较小小第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院当波从波密介质垂直入射到波疏介质，被反射到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密介质时形成波腹波腹。入射波与反射波在此处的相位。入射波与反射波在此处的相位时时时时相同相同，即

5、反射波在分界处，即反射波在分界处不不产生相位产生相位跃变跃变。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院3.11.4 3.11.4 驻波的能量驻波的能量驻波的能量驻波的能量驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化，驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化，在相邻的波节间发生动能和势能间的转换。动能主在相邻的波节间发生动能和势能间的转换。动能主要集中在波腹，势能主要集中在波节，但无长距离要集中在波腹，势能主要集中在波节，但无长距离的能量传播。的能量传播。AB C波波节节波波腹腹位移最大时位移最大时平衡位置时平衡位置时第第3 3章章 振

6、动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院3.11.5 3.11.5 振动的简正模式振动的简正模式振动的简正模式振动的简正模式应满足应满足 ，由此频率由此频率两端两端固定固定的弦线形成的弦线形成驻驻波时，波长波时，波长 和弦线长和弦线长决定的各种振动方式称为弦线振动的决定的各种振动方式称为弦线振动的简正模式简正模式。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院频率频率 波速波速 基频基频 谐频谐频 解解：弦两端为固定点，是：弦两端为固定点，是波节波节。千斤千斤码子码子 如图二胡弦长如

7、图二胡弦长 ，张力，张力 。密度。密度讨论讨论。求弦所发的声音的。求弦所发的声音的基基频和频和谐谐频。频。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院例例1 如图所示，已知：如图所示，已知：O点的振动方程为点的振动方程为求：求：（1）反射波的波动方程；）反射波的波动方程；（2）绳上波腹、波节的位置。）绳上波腹、波节的位置。Ol1xB解解：（1）取）取O点为坐标原点，则入射波的波动点为坐标原点，则入射波的波动 方程为：方程为：2px)cos(),(01ljwtAtxy-+=第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多

8、普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院反射波的波动方程为：反射波的波动方程为：入射波在入射波在B点的振动方程点的振动方程反射波在反射波在B点的振动方程点的振动方程反射波在反射波在O点的振动方程点的振动方程Ol1xBx第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院（2）半波损失取）半波损失取-，则反射波的波动方程为，则反射波的波动方程为 所以，波节满足：所以，波节满足：因因 ，故舍去！，故舍去！当：当：第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院当：当：k有一最

9、大值！有一最大值！波腹满足：波腹满足：当：当：因因 ，故舍去！，故舍去！当：当：k有一最大值！有一最大值！第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院3.13 3.13 多普勒效应多普勒效应当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者听到的笛声变尖，即当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者听到的笛声变尖，即频率升高；相反，当火车离开站台，听到的笛声频率降低。频率升高；相反，当火车离开站台，听到的笛声频率降低。例如例如定义：观察者接受到的频率有赖于波源或观察者运定义：观察者接受到的频率有赖于波源或观察者运动的现象，称为多普勒效应。动的现象，称

10、为多普勒效应。表示波源相对于媒质的运动速度。表示波源相对于媒质的运动速度。规定：规定：表示观察者相对于媒质的运动速度。表示观察者相对于媒质的运动速度。是波源的频率。即：单位时间内波源振是波源的频率。即：单位时间内波源振 动的次数或发出的动的次数或发出的“完整波完整波”的个数；的个数；是观察者接收到的频率。即：观察者在单位是观察者接收到的频率。即：观察者在单位时间内接收到的振动数或完整的波数。时间内接收到的振动数或完整的波数。3.12 3.12 声声 波（略）波（略）第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院发射频率发射频率接收频

11、率接收频率接收频率接收频率单位时间内观测者接收到的振动次数或单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数。完整波数。人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？讨论讨论只有波源与观察者相对静止时才相等。只有波源与观察者相对静止时才相等。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院1.1.1.1.波源不动，观察者相对介质以速度波源不动，观察者相对介质以速度波源不动，观察者相对介质以速度波源不动，观察者相对介质以速度 运动运动运动运动观察观察者接者接收的收的频率频率 观察者观察者向向波源运动波源运动观

12、察者观察者远离远离波源波源第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院2.2.2.2.观察者不动，波源相对介质以速度观察者不动，波源相对介质以速度观察者不动，波源相对介质以速度观察者不动，波源相对介质以速度 运动运动运动运动第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院A波源波源向向观察者运动观察者运动观察观察者接者接收的收的频率频率 波源波源远离远离观察者观察者第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院

13、3.3.3.3.波源与观察者同时相对介质运动波源与观察者同时相对介质运动波源与观察者同时相对介质运动波源与观察者同时相对介质运动若波源与观察者不若波源与观察者不沿二者连线运动沿二者连线运动观察者观察者向向波源运动波源运动+，远离远离 。波源波源向向观察者运动观察者运动 ，远离远离+。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 当当 时，所有波时，所有波前将聚集在一个圆锥面上，前将聚集在一个圆锥面上，波的能量高度集中形成波的能量高度集中形成冲击冲击波波或或激波激波，如核爆炸、超音，如核爆炸、超音速飞行等。速飞行等。（5）卫星跟踪系

14、统等。卫星跟踪系统等。（1）交通上测量车速；交通上测量车速；（2）医学上用于测量血流速度；医学上用于测量血流速度；（3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论；天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论；（4）用于贵重物品、机密室的防盗系统；用于贵重物品、机密室的防盗系统；多普勒效应的应用多普勒效应的应用第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院电磁波如光，也有多普勒效应，光与接收器的相电磁波如光，也有多普勒效应，光与接收器的相对速度决定接收器接收的频率。可以用相对论（相对对速度决定接收器接收的频率。可以用相对论（相对性原理和光速不变原

15、理）证明：当光源和接收器在同性原理和光速不变原理）证明：当光源和接收器在同一直线上运动时，其速度为一直线上运动时，其速度为V观察者所接收到的频率观察者所接收到的频率为：为：c为真空中的光速为真空中的光速当光源远离接收器时，接收到的频率变小，因而当光源远离接收器时，接收到的频率变小，因而波长变长，这种现象叫做波长变长，这种现象叫做“红移红移”。如来自星球与地。如来自星球与地面同一元素的光谱比较，发现几乎都发生红移。这就面同一元素的光谱比较，发现几乎都发生红移。这就是是“大爆炸大爆炸”宇宙学理论的重要依据。宇宙学理论的重要依据。第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈

16、尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院例例2 如图所示，一频率为如图所示，一频率为1000Hz的发声器，以的发声器，以10m/s的速度向墙运动。若声音传播的速度为的速度向墙运动。若声音传播的速度为340m/s，求：求：（1）静止的观测者）静止的观测者 B 听到由发声器直接发出声听到由发声器直接发出声波的频率是多少？波的频率是多少？（2）静止的观测者）静止的观测者 B 听到由墙反射回来的声波听到由墙反射回来的声波的频率是多少？的频率是多少？墙 面声源观察者第第3 3章章 振动与波动振动与波动 驻波驻波 多普勒效应多普勒效应哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院解解：（1）（2）先认为墙为接收者，则有）先认为墙为接收者，则有 把墙视为反射波波源，则有把墙视为反射波波源，则有 （3）听到的拍频：）听到的拍频：