安徽大学大学物理第九章 波动学基础.ppt

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第九章 波动学基础; ;机械波;产生条件:1)波源;2)弹性介质.;横波:质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.;;三、波面和波线;;;在水中的波长;实验证明,拉紧的绳子或弦线中横波的波速为;在“无限大”的各向同性均匀固体中,横波的波速为; 一段固体棒,当在其两端沿轴的方向加以方向相反大小相等的外力时,其长度会有变化,如图:; 一块矩形材料,当它的两个侧面受到与侧面平行的大小相等方向相反的力作用时,形状就要发生改变,如图,这种形式的形变叫切应变.; 一块物质周围受到的压强改变时,其体积也会发生改变, 称体应变.;解 (1)气体中纵波的速度;由理想气体状态方程;简谐波:在均匀的、无吸收的介质中,波源作简谐运动时,在介质中所形成的波.;t 时刻点 P 的运动;若波源不在坐标原点,波函数可以表示为;1. 当 x 固定时(如x=x1), 波函数表示该点的简谐运动方程.;比O点 落后 1/4 T;; ;例1 一余弦横波在弦上传播,其波函数为: ;且有;例2 一平面简谐波在介质中以速度 u = 20 m/s沿x轴的负向传播. 已知A点的振动方程为y = 3cos 4πt (SI) . (1) 以A点为坐标原点写出波函数,并求介质质元的振动速度表达式;(2) 以距A点5m处的B为坐标原点,写出波函数. ;y?;例3 一平面简谐波沿x轴的正向传播, 弹簧中某圈的最大位移为3.0cm, 振动频率为25Hz, 弹簧中相邻两疏部中心的距离为24cm. 当t=0时,在原点处质元的位移为零并向x轴正向运动, 写出波函数. ;由初始条件,知;三、平面波的波动微分方程 ;比较上面两式,可得; 当机械波在媒质中传播时,媒质中各质点均在其平衡位置附近振动,因而具有振动动能. 同时,介质发生弹性形变,因而具有弹性势能. ;振动动能;; 体积元的总机械能; 3)体积元在平衡位置时,动能、势能和总机械能均最大.;二、能流密度;声波;三、波的吸收;两边积分得; 例 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.;;二、惠更斯原理的应用;;R;惠更斯原理;;二、波的干涉;;1) 合振动的振幅(波的强度)在空间各点的分布随位置而变???但是稳定的.;波程差;例 如图所示,两列同振幅平面简谐波(横波)在同一介质中相向传播,波速均为200m/s,当这两列波各自传播到E 和F 两点时,这两点做同频率(100Hz)、同方向的振动,且E 点为波峰时,F 点恰为波谷.设E和F两点相距为20m,求EF连线上因干涉而静止的各点位置.;干涉静止的条件为:;一、驻波的形成;驻波的波形特点:;1) 没有波形的推进, 也没有能量的传播, 参与波动的各个质点处于稳定的振动状态.;驻波波函数;讨论:;相位分布;结论二 一波节两侧各点振动位相相反; 边界条件;;;半波损失;四、驻波的能量;四、驻波的能量;五、简正模式; 两端固定的弦振动的简正模式;例 如图所示,一列沿 x 轴正向传播的简谐波方程为 介质界面上的点A 与坐标原点O相距L=2.25m. 已知介质2的波阻较大,假设反射波与入射波的振幅相等. 求 1)反射波方程; 2) 驻波方程; 3)在OA之间波节和波腹的位置坐标.;则入射波在点A激起的反射波振动方程为:;2);人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗?;一、波源静止,观察者运动;二、观察者静止,波源相对介质以速度 运动;三 、波源与观察者同时相对介质运动;;解 :1);解 :2);;车速;本章重要知识点;本章作业; 9-8 声波 超声波 次声波*;声波在理想气体中的传播速度;声强 ;;10 -4 ~ 20 Hz;;;二、平面电磁波的特性;;;;平面电磁波能流密度平均值 ;第九章 波动学基础; ;机械波;产生条件:1)波源;2)弹性介质.;横波:质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.;;三、波面和波线;;;在水中的波长;实验证明,拉紧的绳子或弦线中横波的波速为;在“无限大”的各向同性均匀固体中,横波的波速为; 一段固体棒,当在其两端沿轴的方向加以方向相反大小相等的外力时,其长度会有变化,如图:; 一块矩形材料,当它的两个侧面受到与侧面平行的大小相等方向相反的力作用时,形状就要发生改变,如图,这种形式的形变叫切应变.; 一块物质周围受到的压强改变时,其体积也会发生改变, 称体应变.;解 (1)气体

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