[理化生]53機(jī)械波部分(已修改)
2024-12-20 00:29 本頁(yè)面
【正文】 第五章 波動(dòng)學(xué)基礎(chǔ) 經(jīng)典波動(dòng)理論發(fā)展概述 機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械波 光的波動(dòng) 經(jīng)典波動(dòng)理論發(fā)展概述 從對(duì) 水波 的觀察到對(duì) 聲波 的研究 以牛頓為代表的粒子說(shuō) 托馬斯 楊的干涉實(shí)驗(yàn) 決定性的推動(dòng)了波動(dòng)說(shuō)的發(fā)展 麥克斯韋預(yù)言： 光是一種電磁波 光電效應(yīng) 、 康普頓效應(yīng) ，驗(yàn)證光具有粒子性 光具有 波粒二象性 ，以波傳播、以粒子作用 關(guān)于 光本性 的爭(zhēng)論： 以惠更斯為代表的波動(dòng)說(shuō) 波動(dòng)的概念 波動(dòng)是自然界中一種重要而常見的運(yùn)動(dòng)形式 波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過程 ， 振動(dòng)是激發(fā)波動(dòng)的波源 常見 的波 機(jī)械波： 機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播 電磁波： 交變電磁場(chǎng)在空間的傳播 共同點(diǎn)： 能量傳播、反射、折射、干涉、衍射 不同點(diǎn)： 機(jī)械波的傳播 需要介質(zhì) ， 電磁波的傳播 不需要介質(zhì) 物質(zhì)波： 微觀粒子的屬性，也稱概率波，與宏觀 波具有完全不同的本質(zhì) 5. 3 機(jī)械波 5. 3. 1 機(jī)械波動(dòng)的 基本概念 5. 3. 2 波傳播過程中的 基本規(guī)律 5. 3. 3 波傳播過程中的 多普勒效應(yīng) 1. 機(jī)械波的產(chǎn)生 機(jī)械波： 機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播。 5. 3. 1 機(jī)械波動(dòng)的基本概念 做機(jī)械振動(dòng)的“物體”，即 波源 ； 能夠傳播機(jī)械振動(dòng)的 彈性介質(zhì) 。 產(chǎn)生機(jī)械波的 兩個(gè)必須條件： 彈性介質(zhì)中的彈性力： 有 正彈性力 （壓、張彈性力）和 切彈性力 ； 波是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳播， 介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波傳播 注意 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向相 垂直 的波 （僅在固體中傳播） 橫波與縱波 特征：具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷 . 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向互相 平行 的波。 （可在固體、液體和氣體中傳播） 特征：具有交替出現(xiàn)的密部和疏部 . 2. 波線、波面和波前 波線 ：表示波的傳播方向。 波面 ：某時(shí)刻介質(zhì)內(nèi)振動(dòng)相位相同的點(diǎn)組成的面。 波前 ：某一時(shí)刻波傳播到的最前面的波面。 在 各向同性均勻介質(zhì) 中，波線與波陣面 垂直 ! 波線 波面 （ a） 球面波 （ b） 平面波 ? ?S波長(zhǎng) — 在同一波線上兩個(gè)相鄰的、相位差為 2π的 質(zhì)點(diǎn)之間的距離，用 λ表示 波長(zhǎng)反映了波的 空間周期性 周期 — 波前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)距離所需的時(shí)間，用 T表示 周期反映了波的 時(shí)間周期性 3. 描述波動(dòng)過程的物理量 頻率 — 單位時(shí)間內(nèi)波前進(jìn)距離中完整波的數(shù)目， 用 ν表示， ν=1/T 波速 — 振動(dòng)狀態(tài)在介質(zhì)中的傳播速度，用 u表示。 也是振動(dòng)相位傳播的速度，又稱為 相速度 頻率、周期、波長(zhǎng)和波速的關(guān)系： νλTλu ??注意 周期或頻率只決定于波源的振動(dòng) ! 波速只決定于媒質(zhì)的性質(zhì)！ 拉緊的繩子或弦線中橫波的波速為 ?Tut ?T 為張力， μ 為線密度 均勻細(xì)棒中，縱波的波速為 ?Yul ?Y 是棒的楊氏模量， ρ是棒的密度 如聲音的傳播速度 ???sm4000sm343空氣，常溫 左右， 混凝土 4. 平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù) 簡(jiǎn)諧波： 在均勻的、無(wú)吸收的介質(zhì)中，波源作 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，在介質(zhì)中所形成的波。 平面簡(jiǎn)諧波： 波面為平面的簡(jiǎn)諧波。 波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)的差別僅在于，后開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)比先開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，在步調(diào)上落后一段時(shí)間。 yAM P xx0xO各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)平衡位置的 位移 波線上各質(zhì)點(diǎn) 平衡 位置 ? ?txfy ,?原點(diǎn) O處質(zhì)元的振動(dòng)方程為 )c o s ()( ?? ?? tAtyO時(shí)間推遲法 看 P點(diǎn)的振動(dòng)方程 )()( ttyty OP ??? ? ? )c o s
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