大学物理波的能量课件.pptxVIP

下面就讨论波的能量问题 以平面余弦弹性纵波在棒中传播的情形为例，对能 波动媒质中一体积元 中的能量 1 量的传播作简单说明。 1)体积元的动能 2 2)体积元的势能 S 3)体积元的总能量 指出四点： 1、体元中的能量是随时间变化的(非弧立系统) ,能量以 U传播，方向与波传播方向相同。 2、波动过程中，体元中的动能与势能“同相”--- 同 时达到最大，同时达到最小。 3 、介质中无能量积累。 4 、传播振动形式和能量的波称为形波。 3 n以横波为例定性说明 (注意与振动能量相区别) 动能、势能 同时达到最大值、最小值。 4 质元A (填吸收、释放) 能量 质元P (填吸收、释放) 能量 质元B (填吸收、释放) 能量 质元Q (填吸收、释放) 能量 P Q A B 判断 5 二、能流和能流密度(波强) 为了精确地描述波的能量分布，引入能量密度 1、能量密度---介质中单位体积中的波动能量 能量密度描述了介质中各点能量(即振动能量)的分布 6 讨论：1)确定的介质质点(x一定)，能量变化的时间 周期为 2)在同一时刻(t一定)，能量密度在空间上的周 期为波长的一半。 由上式可知——波的能量密度是随介质的空间坐标 x 和时 间 t 而周期变化的。 7 w u 3)当 x 、t都变化时，令 表明：在 t 时刻的 x 点的振动能量密度在 ，传到了 处 结论：在波动过程中能量以波的形式沿 x 方向以 u 向 前传播着。 8 x 为了定量描述波动过程中能量的传播，引入能流和 能流密度的概念 3、能流---单位时间内通过介质中某面积的能量 2、平均能量密度--- 能量密度在一个时间周期内的平均值 9 4、平均能流密度(波强) 通过垂直于波传播的方向的单位面积的平均 能流；即单位时间内通过垂直于波动传播的方向的 单位面积中的平均能量。 平均能流---单位时间内通过某面积的平均能量 10 含义:描述波的能量强弱. 分析平面波和球面波的振幅 例 试证明在均匀不吸收能量的媒质中传播的平面波在行进方 向上振幅不变，球面波的振幅与离波源的距离成反比。 证明： 对平面波： 在一个周期T内通过S1和S2面的能量应该相等 平面波振幅相等，波的强度相同。 11 振幅与离波源的距离成反比。如果距波源单位距离 的振幅为A则距波源r 处的振幅为A/r 波的强度与距离的平方成反比。 由于振动的相位随距离的增加而落后的关系， 与平面波类似，球面简谐波的波函数： 对球面波： 12 10--4惠更斯原理 一、惠更斯原理 惠更斯原理：介质中任一波阵面上的各点，都可看成 是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹 就是新的波前。 根据这一原理，可以由某一时刻的波前，用几何 作图的方法确定出下一时刻的波前位置，从而确定出 波的传播方向。 若波在各向异性或不均匀介质中传播时，同样能 应用惠更斯原理找出波前，确定波的传播方向。但是， 此时波前的几何形状和传播方向都可能发生变化。 13 二、波的衍射 衍射(绕射) --波动在传播过程中遇到障碍物时 能绕过障碍物的边缘继续前进的现象 能够衍射的条件：缝宽 (对缝而言) 或障碍物的线度 14 三、波的反射和折射 1 、反射定律：波在媒质介面上传播时，入射角等于反射 角，入射线反射线及介面的法线均在同 一平面内。 “1” 2 、折射定律：波经过两种媒质介面进行折射(媒质“1”进 入媒质“2”)时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等到 于波在第一种媒质中的波速与在第二种媒质中的波速之比 15 “2”