波动(含电磁波)课件

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1、第第 七七 章章 一、掌握描述波动各物理量一、掌握描述波动各物理量( 特别是相位特别是相位)的的 物理意义及其物理意义及其 各量之间的相互关系。各量之间的相互关系。二、理解机械波产生的条件；掌握平面简谐波的波动方程二、理解机械波产生的条件；掌握平面简谐波的波动方程 及其物理意义；理解波形曲线；了解波的能量传播特及其物理意义；理解波形曲线；了解波的能量传播特 征及能流、能流密度概念。征及能流、能流密度概念。 三、了解惠更斯原理和波的叠加原理，理解波的相干条件，三、了解惠更斯原理和波的叠加原理，理解波的相干条件， 能用相位差和波程差分析确定相干波叠加后振幅加强能用相位差和波程差分析确定相干波叠加后

2、振幅加强 和减弱的条件。和减弱的条件。四、理解驻波及其形成的条件，了解驻波和行波的区别。四、理解驻波及其形成的条件，了解驻波和行波的区别。 五、了解多普勒效应。五、了解多普勒效应。 波动波动 振动在空间的传播过程。振动在空间的传播过程。 声波、水波、电磁波都是物理学中常见的波，它对应一种物声波、水波、电磁波都是物理学中常见的波，它对应一种物质波。波即可以是运动状态的传递质波。波即可以是运动状态的传递 ( 而非物质的自身运动而非物质的自身运动)，也，也可以是物质本身的运动结果，甚至把波直接看作一种粒子。可以是物质本身的运动结果，甚至把波直接看作一种粒子。 各种类型的波有其特殊性，但也有普遍的共性

3、，例如声波需各种类型的波有其特殊性，但也有普遍的共性，例如声波需要介质才能传播，电磁波却可在真空中传播，而光波有时可直要介质才能传播，电磁波却可在真空中传播，而光波有时可直接把它看作粒子接把它看作粒子 光子的运动。光子的运动。 机械波机械波 机械振动在弹性介质中的传播机械振动在弹性介质中的传播。一一、产生机械波的条件产生机械波的条件 1. 1. 产生机械振动的产生机械振动的振源振源 (波源波源) 波动是波源的振动状态或能量在介质中的传播波动是波源的振动状态或能量在介质中的传播，介质中介质中质点并不随波前进质点并不随波前进，只在各自的平衡位置附近往复运动。只在各自的平衡位置附近往复运动。二、机械

4、波的类型二、机械波的类型 横波横波 纵波纵波 线性波线性波 非线性波非线性波脉冲波脉冲波 持续波持续波 简谐波简谐波 非简谐波非简谐波2. 传播这种机械振动的传播这种机械振动的弹性介质弹性介质 等。等。 任一波任一波(如水波、地表波如水波、地表波)都能分解为横波与纵波进行研究。都能分解为横波与纵波进行研究。1. 1. 横波横波: : 振动方向振动方向传播方向传播方向的波。的波。2. 2. 纵波纵波: : 振动方向振动方向传播方向传播方向的波。的波。 v 固体中的波源可以产生横波和纵波。固体中的波源可以产生横波和纵波。v 液体和气体中的波源只能产生纵波。液体和气体中的波源只能产生纵波。v 水面波

5、既不是纵波，也不是横波。水面波既不是纵波，也不是横波。2. 2. 波前波前 波源最初振动状态传播到各点所连成的面。波源最初振动状态传播到各点所连成的面。 根据波前的形状可以把波分为根据波前的形状可以把波分为平面波平面波、球面波球面波、柱面波柱面波等。等。三三、波的几何描述波的几何描述1. 1. 波面波面 振动相位相同的各点连成的面振动相位相同的各点连成的面(同相面同相面)。3. 3. 波线波线 沿波的传播方向的射线。沿波的传播方向的射线。 在各向同性的均匀介质中：在各向同性的均匀介质中：波线波线波面波面。 平平 面面 波波波线波线 波面波面球球 面面 波波波线波线 波面波面1. 1. 弹性绳或

6、弦线上的弹性绳或弦线上的横波波速横波波速2. 2. 固体中的固体中的横波波速横波波速 Tu 横横T 绳或弦中的张力绳或弦中的张力；三三、机械波的传播速度机械波的传播速度 绳或弦的质量线密度绳或弦的质量线密度。 Gu 横横(7-50) G 切变模量；切变模量；F切切 固体的质量体密度固体的质量体密度。 4. 4. 液体和气体中的液体和气体中的纵波波速纵波波速 Bu 纵纵B容变模量容变模量； 3. 3. 固体中的固体中的纵波波速纵波波速Y杨氏模量；杨氏模量； Yu 纵纵 固体的质量体密度。固体的质量体密度。 (7-51) 液体或气体的质量体密度。液体或气体的质量体密度。 (7-52) G Y， 固

7、体中固体中 u横横 u ) sinSvu Sv S u 形成形成“马赫锥马赫锥 ” ” v SPSv O O S飞行速度与声速的比值飞行速度与声速的比值 v S / u 决定决定 角，角， 比值比值 v S /u 称称“ 马赫数马赫数 ” 。 冲击波带冲击波带例例1: 1: 一警报器发射频率一警报器发射频率 1000 Hz 的声波的声波, , 离观察者向一固定离观察者向一固定 的目的物运动，其速度为的目的物运动，其速度为 10 m / s。 试问试问: : (1) 观察者直接听到从警报器传来声音的频率为多少观察者直接听到从警报器传来声音的频率为多少? (2) 观察者听到从目的物反射回来的声音频

8、率为多少观察者听到从目的物反射回来的声音频率为多少? (3) 听到的拍频是多少听到的拍频是多少? ( (空气的声速为空气的声速为 330 m / s )解解: :(1) 观察者直接听到从警报器传来声音的频率：观察者直接听到从警报器传来声音的频率： 1 Svuu sm 330 , sm 10 ,Hz 1000 uvS 已知：已知： Hz 6 .970100010330330 (3) 两波合成的拍频为两波合成的拍频为Hz 3 .103122 目的物反射的频率等于入射声音的频率目的物反射的频率等于入射声音的频率 2 。 12 B(2) 目的物接到的声音频率为目的物接到的声音频率为 2 Svuu Hz