2022-2023学年高二物理竞赛课件：机械波

26 四月 2023 机 械 波 26 四月 2023 波 动：振动在空间的传播过程。 机械波：机械振动在弹性介质中的传播，如水波、声波、地震波。 物质波：近代物理指出，一切微观粒子既有粒子性，也具有波动性。与微观粒子对应的波又称为德布罗意波。 电磁波：变化的电场和变化的磁场在空间的传播过程，如无限电波、光波。 各类波本质不同，但波动方程形式相同。 概 述 26 四月 2023 机械波(mechanical wave)的产生和传播 1. 波 源：激发波动的振动系统。 2. 弹性介质 ：能够传播机械振动的弹性介质。 波动的基本概念 一、机械波产生的条件： 1. 振动是质点的个体行为，波动是媒质中所有质点振动的群体行为。 2. 波动是质点振动状态（位相）的传递，不是质点的传播。质点并未“随波逐流” 。 3. 一次完全振动是一个完整波形。  波动的特性： 26 四月 2023 1. 横波(transverse wave) ： 2. 纵波(longitudinal wave) ： 传播方向 振动方向 振动方向与波的传播方向相互垂直，是峰谷相间的分布图形，如绳波为横波。 振动方向与波的传播方向平行。纵波是靠介质疏密部变化传播的，如声波。 二、波的分类 传播方向 振动方向 （1） 纵波可以在固体、气体、液体三种媒质中传播。机械横波一般只在固体中传播。 （2） 一般波动很复杂，但可以分解为横波与纵波进行研究，如水波。 26 四月 2023 波线 波面 波的几何描述  波线（wave line）（波射线） 表示波的传播方向的射线。  波面（wave surface）（同相面） 相位相同的点组成的面。  波前（wave front） 某一时刻，最前面的波面。  平面波与球面波 波面 波线 波面是平面的波，平面波(plane wave)；波面是球面的波，称为球面波(spherical wave)。 点波源在各向同性媒质中产生的是球面波，在距波源较远处局部范围内视为平面波。 26 四月 2023 (1) 波长(wavelength) 描述波的物理量 振动在一个周期内传播的距离为波长（l），单位是米（m）。反映了波在空间上的周期性。 (2) 周期和频率 一个完整的波通过波线上某点所需的时间，用T表示，单位是秒（s）。 T与ν反映了波在时间上的周期性。 在单位时间内通过波线上某点的完整波的数目。用n表示，单位是赫兹（Hz）。 振动状态在单位时间内传播的距离，用u表示，单位是(m·s-1)。 (3) 波速(wave velocity) 26 四月 2023 （1） 几者关系是： x u （2）周期（频率）由波源决定，波速由媒质的性质决定。 （4）波在不同介质中频率不变，但波长不同。 （3）不同频率的同一类波在同一介质中波速相同。 26 四月 2023 例11.1 频率为3000Hz的机械波，以1560m/s的速度在介质中传播，由A点传到B点。两者之间的距离为0.13m，质点振动的振幅为1cm。 求：(1) B点的振动落后于A点的时间； (2) A、B两点之间相当于多少个波长； (3) 振动速度的最大值是多少; 解： 已知 (1) (2) (3) 26 四月 2023 u o y x B x y0 = A cos(wt +j) 已知o点振动方程 由图得：B点比o点振动在时间上落后 x/u，所以B点振动为： 称为平面简谐波的波函数。 波的相位反映该点媒质的运动状态，波的传播也是媒质振动相位的传播。 (1) 为波的相位。 26 四月 2023 (2) 由：w = 2p/T l = uT，有 u o y x B x B点的振动比o点的振动在时间上超前x/u，则波函数为 (3) 波沿负x方向传播（u < 0） 波函数： “-”代表沿x轴正方向传播的波， “+”代表沿x轴反方向传播的波。 26 四月 2023 （2）当 t = t0 时， 是t0时刻波线上所有质点离开各自平衡位置的位移。 （1）当 x = x0 时， 是 x0 处质点振动方程。 二、波函数的物理意义 振动曲线 o y t T 波形曲线 o y x l 26 四月 2023 比较(t, x)点和( t+t , x+x = ut )点振动位移 Δt时间，波形以波速u沿波线平移，移动x = ut，称为行波(travelling)。 x=u t y 0 x x u