1、1,2,二、描述波动的物理量,1.波长,2.周期T:,3.频率,4.波速u:,与波源和媒质都有关,决定于波源， 与媒质无关,决定于媒质， 与波源无关,决定于波源， 与媒质无关,3,4,2. 波动方程的物理意义,(1) 当x一定,(2) 当t一定,(3) 当x,t都变化,t,t + t,机械波又叫行波,表示波形的传播，相位的传播。,波速 u 又称为相速。,5,6,动 能,势 能,总机械能,结论,(1) 动能和势能在任何时刻位相相同,(2) 动能和势能在任何时刻量值相同，不相互转化,四、波的能量,1. 波的能量表达式,(3) 媒质中某质元能量不发生转化，在平衡位置动能和势能具有最大量值,7,8,五
2、、惠更斯原理,媒质中任一波阵面上的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。,解释波的衍射现象,波传播过程中，遇到障碍物，波偏离原来传播方向的现象，称为波的衍射现象,实验表明：波的衍射效果与波长和缝宽有关,然而该原理又很不完善，不能解释相干后的强弱分布情况，它甚至连波长概念都未能涉及，在许多问题中发生困难，而仅仅作为几何光学的一个原理，之后发展为惠更斯菲涅尔原理。,9,六、波的干涉,1.波传播的独立性,几列波在传播过程中,在某一区域相遇后再分开,各播的传播情况与相遇前一样,仍保持各自的原有特性（即保持原来的波长、频率、振幅和振动方向）,继续沿原来的方向传
3、播,2. 波的叠加原理,在几列波相遇的区域内,任一点的振动,为每个分振动单独存在时在该点产生的振动的合成,舞台上红、黄、绿光在空中交映形成新颜色，然而分开后依然我行我素，无线电波传播也是如此,10,两列相干波在某一区域相遇时，使某些地方的振动始终加强，使另一些地方的振动始终减弱，结果使波的强度形成稳定分布,振动方向相同,位相相同或位相差恒定,频率相同,相干条件,干涉现象,3.干涉现象,11,(1)干涉加强条件,（干涉相长）,(2)干涉减弱条件,（干涉相消）,若,加强,减弱,4. 干涉加强、减弱的条件,12,13,14,15,求驻波方程的基本步骤,(1) 建坐标,入射波和反射波方程共用一个坐标系
4、和时间起点,(2) 写出入射波的波动方程, 写出入射波波线上任一点振动方程, 根据入射波的传播方向写出入射波的波动方程,(3) 写出反射波的波动方程, 根据入射波的波动方程写出入射波在反射点的振动方程, 根据有无半波损失,写出反射波在反射点的振动方程, 根据反射点的振动方程,写出反射波的波动方程,(4) 反射波与入射波的叠加便得到驻波方程,16,17,18,单元检测题-选择题,1、机械波的表达式为y = 0.03cos6p(t + 0.01x ) (SI) ，则 (A) 其振幅为3 m (B) 其周期为(1/3)s(C) 其波速为10 m/s (D) 波沿x轴正向传播,B,将波动方程写为,解：
5、与标准方程比较,19,2、图为沿x轴负方向传播的平面简谐波在t = 0时刻的波形若波的表达式以余弦函数表示，则O点处质点振动的初相为 (A)0 (B) (C)pD),解：t=0时原点处的质元在平衡位置且向y轴正向运动,D,20,由题和图中知,T=2秒时O点向上运动,解：设O点振动方程为,C,21,P点初位相,由题和图中知,P点振动方程,求导得速度方程,A,解： P点振动方程,22,解： 坐标右移x0 ,任意点坐标x 变为x-x0,A,x点t时刻位相与x0点 时刻位相相同,x,23,6、一平面简谐波的表达式为 在t = 1 /n 时刻，x1 = 3l /4与x2 = l /4二点处质元速度之比是
6、 (A) -1 (B) (C) 1 (D) 3.,解： 速度表达式,A,24,7、一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元从最大位移处回到平衡位置的过程中 (A) 它的势能转换成动能 (B) 它的动能转换成势能 (C) 它从相邻的一段媒质质元获得能量，其能量逐渐增加 (D) 它把自己的能量传给相邻的一段质元，其能量逐渐减小,解： 波动过程中质元动能和势能同大小且同位相，不转换。,质元在最大位移处动能和势能为0，在平衡位置处有最大值。,C,解：,C,25,9、在波长为l 的驻波中两个相邻波节之间的距离为 (A) l (B) 3l /4 (C) l /2 (D) l /4,解：,C,26,10、某
7、时刻驻波波形曲线如图所示，则a、b两点振动的相位差是 (A) 0. (B) . (C) p (D) 5p/4,解：,一波节两侧各点的位相相反,C,两波节之间各点的位相相同,27,11.如图所示，为一向右传播的简谐波在 t 时刻的波形图，当波从波疏介质入射到波密介质表面 BC，在 P 点反射时，反射波在 t 时刻波形图为, A ,28,12、正在报警的警钟，每隔0.5 秒钟响一声，有一人在以72 km/h的速度向警钟所在地驶去的火车里，这个人在1分钟内听到的响声是（设声音在空气中的传播速度是340 m/s） (A) 113 次 (B) 120 次 (C) 127 次 (D) 128 次,解：报警
8、钟的报警频率,观察者速度,观察者所听频率,C,29,单元检测题-填空题,13、一声波在空气中的波长是0.25 m，传播速度是340 m/s，当它进入另一介质时，波长变成了0.37 m，它在该介质中传播速度为_,解：,14、频率为100 Hz的波，其波速为250 m/s在同一条波线上，相距为0.5 m的两点的相位差为_,解：,30,15、一列平面简谐波沿x轴正向无衰减地传播，波的振幅为 210-3 m，周期为0.01 s，波速为400 m/s. 当t = 0时x轴原点处的质元正通过平衡位置向y轴正方向运动，则该简谐波的表达式为_,解：原点振动方程,其中,31,16、图示一平面简谐波在t = 2
9、s时刻的波形图，波的振幅为0.2 m，周期为4 s，则图中P点处质点的振动方程为_,解：设P点振动方程,其中,当t=2s时P点质元过平衡点向-y运动,32,17、在同一媒质中两列频率相同的平面简谐波的强度之比I1 / I2 = 16，则这两列波的振幅之比是A1 / A2 = _,解：,18、两相干波源S1和S2的振动方程分别是 和 .S1距P点3个波长，S2距P点 4.5个波长设波传播过程中振幅不变，则两波同时传到P点时的合振幅是_,解：,干涉减弱,33,19、设入射波的表达式为波在x = 0处发生反射，反射点为固定端，则形成的驻波表达式为_,解：入射波引起原点的振动方程,反射波引起原点的振动
10、方程,反射波的波动方程,和差化积得驻波方程,34,解：左边延长线上 点：,右边延长线上 点：,加强,减弱,合振幅,合振幅,35,电磁波谱,将电磁波按波长或频率的顺序排列成谱,随着科学技术的发展，波谱可能向两边扩展。,36,射线波长在0.3nm以下，频率在 以上 它来自宇宙射线或是由某些放射性元素在衰变过程中放射出来的。,射线,1.射线的能量极高，穿透能力比X射线更强（“钴-60 ” 刀） 2.也可用于金属探伤等 3.通过对射线的研究，还可帮助了解原子核的结构 4.原子武器爆炸时，有大量射线放出，它是原子武器主要杀伤因素之一 5.射线也是人类研究天体，认识宇宙的强有力的武器。,37,射线又称伦琴
11、射线 （俗称X光），是波长比紫外线更短的电磁波，其波长范围在 之间。它一般是由伦琴射线管产生的，也可由高速电子流轰击金属靶产生，它是由原子中的内层电子发射的。 1.X射线具有很强的穿透能力，能使照相底片感光、使荧光屏发光 2.在医疗上广泛用于透视和病理检查；工业上是工业探伤等无损检测的必要手段 3.由于X射线的波长与晶体中原子间距的线度相当，也常被用来分析晶体结构。,X射线,38,波长范围在40nm400nm的电磁波，叫做紫外线。人眼也看不见。炽热物体的温度很高(例如太阳)时，就会辐射紫外线。 1. 紫外线有显著的生理作用，杀菌能力较强 2.在医疗上有其应用；许多昆虫对紫外线特别敏感，可用紫外
12、灯来诱捕害虫大部分昆虫的复眼对365nm紫外线特别敏感，在晚上，点燃一只紫外线灯，对昆虫来说犹如光明世界一样。 3.紫外线还会引起强烈的化学作用，使照相底片感光 3.另一方面，波长为290320nm的紫外线，对生命有害。紫外线强烈作用于皮肤时，可发生光照性皮炎，皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿等；严重的还可引起皮肤癌。 4.臭氧对太阳辐射中的上述紫外线的吸收能力极强，有95%以上可被它吸收。臭氧层在地球上方1050km之间，它是地球生物的保护伞。,紫外线,紫外线是由德国科学家里特发现的.,39,可见光,40,2.红外线在生产和军事上有着重要应用。 红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的
13、能量来实现寻地制导的技术。,红外线,3.红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质. 特殊设计的照相机和夜视仪却专门接受红外线.所以会出现我们觉得一片漆黑,相机却能拍到东西.因为实际上到处都是红外线,对于红外照相机和夜视仪来讲是一片光明,红外诱饵弹 一种用来诱骗敌方红外制导武器脱离真目标，具有较高温度的红外辐射弹。,德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射(波长在600微米- 0.76微米之间)的电磁波，叫做红外线。,1.红外线的显著特性是热效应大，所有高于绝对零度（273）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。,41,在电磁波谱中，波长最长的是无线电波。一般将频率低于
14、的电磁波统称为无线电波。 无线电波按波长的不同又被分为长波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中，长波的波长在3km以上，微波的波长小到0.1mm 。 不同波长（频率）的电磁波有不同的用途。 1.广播电台使用的频率在中波波段 长波、中波由于波长很长，衍射现象显著，所以从电台发射出 去的电磁波能够绕过高山、房屋而传播到千家万户（地波形式传播）2.短波的波长较短，衍射现象减弱，主要靠地球外的电离层与地面间的反射，故能传得很远。（天波形式传播）3.超短波、微波由于波长小而几乎只能按直线在空间传播，但因 地球表面是球形的，故需设中继站，以改变其传播方向，使之克服地球形状将电信号传到远处。电视，远距离通
15、讯、雷达都采用微波。,无线电波,42,雷达是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。雷达是英文radar的音译，意为无线电检测和测距。雷达概念形成于20世纪初。雷达的工作原理，是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。,隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼都看不到，它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。隐形飞机在现阶段能够尽量减少或者消除雷达接收到的有用信号，虽然是最为秘密的军事机密之一，隐形技术已经受到了全世界的极大关注。,43,机,SR-71“黑鸟”(BlackBird)，美国空军高空高速侦察机。飞行高度达到30000米，最大速度达到3.5倍音速，这称之为“双三”。因此SR-71比现有绝大多数战斗机和防空导弹都要飞得高、飞得快，因此出入敌国领空如入无人之境，,
