大学物理光学课件.ppt

《大学物理光学课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、波的共性—反射，折射，干涉，衍射，偏振(横波)概述机械波波源介质振动波动状态能量传播机械波(含声波)电磁波(含光波)复波(一维)简谐振动复杂振动(平面)简谐波第十章波动1.一.机械波的形成10－1机械波的几个概念振源(波源)弹性介质(固、液、气)波动(集体振动)时间空间双重周期性二.横波与纵波1.横波切变固体2.纵波体变固、液、气对复杂波动包含上述两种成分(如水波)2.三.波长波的周期和频率波速OyAA-一个周期波传播的距离1.波长（一个完整波形长度）或相邻(=2)两个振动质元间距2.周期与频率T:传播一个所需的时间:单位时间传播完整波的数目a.波

2、源S相对介质静止T=TS=S注b.对线性波(如机械波)T、与介质无关，只与波源有关3.3.波速u(相速)或单位时间状态(相位)传播距离与介质性质有关，与波源无关4.相互关系*a.波速公式注b.双重周期性固体液气体、(横)(纵)(纵)(n)T=(n)2(n)4.波线—传播方向四.波线波面波前—几何描绘波面—同相面平面波(一维)球面波(三维)5.Px0Qx一.平面简谐波的波函数10－2平面简谐波的波涵数1.波涵数(波的运动学方程)描述波线上各质元集体振动规律满足式中y—振动位移，x—质元位置，2.平面简谐波(一维)简谐运动(波源)均匀无吸收介质最基本

3、波、6.设波沿x轴正向(或负向)传播原点O处(不一定是波源S)O处质元:(教材设0=0)对任一质元P(x):如图(x>0)P滞后O时间相位[讨论](1)波沿x轴正向传播P处质元(x<0)(2)波沿x轴负向传播x>0,x<0下列两种情况下,P与O两质元超前或滞后关系Px0QxOx7.一般波函数标准形式角波数a.形式—与坐标系选择有关（原点、正向）注b.波的相位关键特征量（A、、u、……）0—原点O处质元的初相位(x=0,t=0)—传播方向与x轴正向一致相反或其中t=0x处质元初相位t=0x=0原点O处的初相位(0)8.同一质元不同时刻同一列波同一时刻不

4、同质元区分超前与滞后x——波程差c.相位差d.对任一质元[讨论]如已知质元Q(x0)振动规律设波沿x轴正向传播,求波函数.xoQu9.将x=x0代入与yQ比较xoQu分析:a.Ⅰ法设波函数为可得b.Ⅱ法由相位超前或滞后关系直接求0上方(超前)下方(滞后)c.如x0<0不影响最终结果结论:10.二.波函数的物理含义2.t一定，波形图(各质元空间位移分布)3.x，t均变化“传播”“行波”满足Ot时刻的波形1.x一定，x处质元的振动规律t＋t时刻的波形11.a.比较法化为标准式后比较[例1]已知一平面简谐波求：、T、u、，向何方向传播？(SI)分析:b

5、.意义法(、T、u)—理解波的双重周期性和传播特性：T：u：12.[例2]已知波沿x轴负向传播,u=2ms-1,波线上任一点质元的振动规律如图所示,求下列情况下的波函数:(1)该曲线表示原点O处的振动规律；(2)该曲线表示质元P处(x=10m)的振动规律.04*****1137*-4-2(×10-2m)b.可由旋矢法求0或(P)分析:由y－t曲线—特征量A,T（）a.设0或(P)O2413.c.对(2)设04*****1137*-4-2(×10-2m)Ⅰ法比较法OuP由y－t曲线知将xP=10m代入与yP比较,得Ⅱ法相差法14.[例3]已知波沿x轴

6、正向传播,u=2.0ms-1,t时刻波形图如图所示,求下列情况下的波函数:(1)t=0s；(2)t=1s.分析:a.由y－x曲线—特征量A,=8m（）0284-2(×10-2m)(m)则b.对(1)问由图知对(2)问Ⅰ法波形平移法(/4个波形)反传播方向平移/4波形Ⅱ法相差法由图知t=1s时1=/2则t=0,0=1-t=0→t=0时波形图→0=015.一.波动能量的传播10－3波的能量能流密度以纵波为例在x处取体元dV=Sdx(dm=dV)xOxO(设0=0)比较:大小相等同相变化式中用到以下关系式(E为弹性模量)周期性涵数16.能量密度

7、：=常数[讨论]比较简谐运动与简谐波的能量特征简谐运动孤立系统能量守恒动势能反相变化简谐波动开放系统任一质元能量不守恒动势能同相变化何时能量最大?何时能量为零?为什么?平均能量密度：(对时间)OP1P2P3P4t时波形图(横波)17.二.能流和能流密度udtS—描述能量传播特性单位时间：能流(功率)(W)平均能流(W)单位时间,单位面积(垂直)能流密度(强度)[讨论]球面波振幅问题及球面波波函数对两个球面球面简谐波波函数(反比)式中A0为r0处波的振幅(W·m-2)18.一.Huygens原理O10－4惠更斯原理波的衍射与波的干涉(荷兰,1679)子波包络子波

8、源(每个振动质元—新的波源)与子波→下