全國注冊電氣工程師考試供配電基礎(chǔ)-物理T課件1122

波動光學(xué)機械波普通物理考前輔導(dǎo)1復(fù)習(xí)機械振動簡諧振動方程A：振幅：角頻率時初相位振動狀態(tài)例oymk2y振動狀態(tài)相位角度（弧度）3t=01.機械波的發(fā)生可見：①

“上游”的質(zhì)元依次帶動“下游”的質(zhì)元振動②某時刻某質(zhì)元的振動狀態(tài)將在較晚時刻于“下游”某處出現(xiàn)---波是振動狀態(tài)的傳播③

“下游”點的相位(狀態(tài))總比“上游”點落后④質(zhì)點并未隨波逐流一.機械波的基本概念正4·························波是相位（振動狀態(tài)）的傳播沿波的傳播方向,各質(zhì)元的相位依次落后。x··abxu傳播方向圖中b點比a點的相位落后52.波動特征①機械波是振動狀態(tài)(相位)在彈性媒質(zhì)中的傳播②機械波是彈性媒質(zhì)中各點以一定的相位差的集體振動③機械波是振動能量在彈性媒質(zhì)中的傳播橫波縱波6振源（波源）彈性媒質(zhì)3.產(chǎn)生條件橫波縱波⑴按傳播特征分波線波面波面波線球面波平面波⑵按波面分─平面波球面波4.波的分類注:振動相位相同的點組成的面稱為波面。7頻率.波長.波速頻率:即波源的頻率波長:振動在一個周期相鄰兩同相點之間的距離內(nèi)傳播的距離波速u:取決于媒質(zhì)的性質(zhì)三者關(guān)系:5.描述波的特征量81.表達式一（波沿X正向傳播）Ｏ處質(zhì)點振動方程為Ｏ振動了t秒，Ｘ處質(zhì)點振動了從Ｏ傳到Ｘ，需時X處質(zhì)點振動方程為uoxy波動方程二．平面諧波的波動方程符號規(guī)定——質(zhì)點振動偏離平衡位置的位移—y振動向前傳播的距離—x93.關(guān)于波動方程①與振動方程區(qū)別②寫出波動方程的條件原點處振動方程波速及傳播方向③令，得處質(zhì)點的振動方程即④令，得時刻的波形方程如yxuoxy2..表達式二（波沿X負向傳播）＋10例1一橫波沿繩子傳播，波動方程為則A波長0.05mB波長0.5mC波速25m/sD波速5m/s比較法寫寫成標標準式又u答：B11解：1.先求o處質(zhì)點的振振動方程程以L為原點，，波動方程程為2.令x=-L例一平面諧波沿X軸正向傳播，已知x=L處質(zhì)點的振動方程為，波速為u，那么x=0處質(zhì)點的振動方程為得答:(A)引伸：由此可求求以O(shè)為原點的的波動方方程uyxoL12三、波的的能量和和能流1、波的能能量波不僅是是振動狀態(tài)態(tài)的傳播，，而且也也伴隨著著振動能量的傳播。。波的能量量=媒質(zhì)中某某體積元元的振動動動能與與彈性勢勢能之和和體積元dV既振動又又變形13體積元內(nèi)內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)質(zhì)點的總總能量為為：設(shè)有一平面面簡諧波波：1）在波動動的傳播播過程中中，任意時刻刻的動能能和勢能能不僅大大小相等等而且相相位相同同，同時時達到最最大，同同時等于于零。2）在波傳播播過程中中，任意意體積元元的波能量不守守恒。意義：3）任一體積元的的波能量在一周期期內(nèi)“吞吞吐”（（吸收放放出）兩兩次，這這正是傳傳播能量量的表現(xiàn)現(xiàn)。dW0吸放142.波的能流密度度（波的的強度）注意：波的強度度正比于于振幅的的平方uSux⑴物理意義義：描述空間間某處波的能量傳播特征征⑵定義：空間某處處單位時時間內(nèi)通通過垂直直于波動動傳播方方向的單單位面積積的平均均能量。。[瓦/米]215例一平面簡諧波在彈性媒質(zhì)中傳播，在某瞬時，媒質(zhì)中一質(zhì)元正處于平衡位置，此時它的能量是（A）動能為零，勢能最大。（B）動能為零，勢能為零。（C）動能最大，勢能最大。（D）動能最大，勢能為零。答（C）動能為零零勢能為為零16（C）例一平面簡諧波在彈性媒質(zhì)中傳播，在媒質(zhì)質(zhì)元從最大位移處回到平衡位置的過程中，（A）它的動能轉(zhuǎn)化為勢能。（B）它的勢能轉(zhuǎn)化為動能。（C）它從相鄰的一段媒質(zhì)質(zhì)元獲得能量，其能量逐漸增加。（D）它把自己的能量傳給相鄰的一段媒質(zhì)質(zhì)元，其能量逐漸減小。17例一平面簡諧波在t時刻波形曲線如圖示，若此時Ａ點處媒質(zhì)質(zhì)元的振動動能在減小，則（Ａ）Ａ點處質(zhì)元的彈性勢能在增大（Ｂ）Ｂ點處質(zhì)元的彈性勢能在增大（Ｃ）Ｃ點處質(zhì)元的彈性勢能在增大（Ｄ）波沿Ｘ軸負向傳播yoxＡＢＣ解：Ａ點處質(zhì)元元動能在減減?。咙c向上運運動波形曲線向向右移答（Ｃ）18四、波的干干涉1、波的干涉現(xiàn)現(xiàn)象幾列相干波在媒質(zhì)中傳傳播，空間間各點有的的振幅始終最最大，有的振幅始終最最小，此稱為干涉相干波源：相同的頻頻率、振動動方向相同同、恒定的的相位差19傳播到P點引起的振振動分別為為：在P點的振動為為同方向同同頻率振動動的合成。。設(shè)有兩個相干波源和發(fā)出的簡諧諧波在空間間p點相遇。合成振動為為：其中：3、干涉加強強或減弱的的條件波源的振動動方程為20干涉極大極小所滿足的的條件：說明：①稱為波程差②干涉極大點點、極小點點不止一個個。③干涉極大點點、極小點點應(yīng)滿足上上述條件式式—隱函數(shù)式中干涉極大干涉極小21例(2-27)兩振幅均為A的相干波源和相距若在的連線上外側(cè)的各點合振幅均為2A,則兩波的初相位差是x0(k=0)即22六、特殊的干涉涉現(xiàn)象：駐波1、發(fā)生條件：兩列振幅相同的相干波，在同一直線上沿相反方向傳播23駐波2、特征：無行走之波波形波節(jié)波腹兩波節(jié)之間的點相相位相同3.24量子光學(xué)：：光的量子子性物理光學(xué)：：波動光學(xué)：：光的干涉涉，衍射，，偏振第一部分------光的干涉預(yù)備知識A．相干波：兩兩列波頻率率相同﹑振動方向平平行﹑相位差固定定。B.干涉極大極極小位置所所滿足的條條件：有有基本理論實例(不考)25（1）光是原子內(nèi)內(nèi)部發(fā)出的的電磁波v0HE一.基本理論1、光的波動動理論

（2）光波中參與與物質(zhì)相互作用（感光作用、生理作用）的是

矢量，稱為光矢量。

矢量的振動稱為光振動。26（3）原子發(fā)光光的特點：：間歇性隨機性每一原子發(fā)光是間歇的，每次持續(xù)每一原子每一次次發(fā)出的波波列是單色色的。（有有固定的頻頻率﹑振動方向和和初相。））每一原子先后發(fā)發(fā)出的波列列，其頻率率﹑振動方向和和初相都是是隨機的。。（可以取取任何值））兩束光不相干！間歇秒，再發(fā)出波列…27波動所到達達的媒質(zhì)中中各點，都都可以看作作為發(fā)射子子波的波源源，而后一一時刻這些些子波波陣陣面的包跡跡便是新的的波陣面。?；莞乖砝韙282.獲得相干光光的途徑（（方法）干涉干涉干涉提高光源質(zhì)量

如采用激光器可獲得單色性很好的光---相干光源對普通光源:可將光源上一發(fā)光點的光分成兩束，各經(jīng)歷不同的路徑再會合迭加。(同“成分”疊加）分束29有︱︱有∵故上式改寫為：有光強最大，明條紋(k=1,2,……)暗條紋有波程差明暗位置所所滿足的條條件根據(jù)波動理理論：干涉303.光程與光程程差問題現(xiàn)為原式故即真空介質(zhì)折射率31光程光在某一介質(zhì)中所經(jīng)經(jīng)歷的幾何何路程r與介質(zhì)折射射率n的乘積nr上式也可寫寫成：式中稱為光程3233光程差兩同相的相干干光源發(fā)出的的兩相干光束束，干涉條紋紋明暗條件由由光程差確定干涉極大,明紋干涉極小,暗紋例：光從A射到B，求光程光程=reABn34二.實例雙縫薄膜、劈尖、、邁克爾遜1.雙縫pS

*K=3xDd中央明紋K=－335入射光為白光光Dd討論xo中央０處紅光紫光白光K=0非中央(K=1)紅光紫光遠離中央靠近中央36考察O處零級明紋遮蓋前,光程差遮蓋后光程故,這時的零級明明紋(遮蓋后)應(yīng)向上移.答:C例:在雙縫干涉實驗中,用透明的云母片遮蓋上面一條縫,則(A)干涉圖樣不變.(B)干涉圖樣下移.(C)干涉圖樣上移.(D)不產(chǎn)生干涉條紋.O3712e12垂直入射e2.薄膜干涉斜入射垂直入射時光光線1與光線2的光程差為半波損失38關(guān)于半波損失失光密光疏光入射到光疏疏媒質(zhì)、光疏疏媒質(zhì)界面時時,反射光(在光疏媒質(zhì)中中)將多走半個波波長的路程,此稱半波損失光疏光密光入射到光密密媒質(zhì)、光疏疏媒質(zhì)界面時時,反射光(在光密媒質(zhì)中中)無半波損失39干涉條件半波損失的確定光疏光密光疏無半波損失光疏光密更密不取0±122221404.劈尖干涉（劈劈形膜）夾角很小的兩兩個平面所構(gòu)構(gòu)成的薄膜空氣劈尖平行單色光垂垂直照射空氣氣劈尖上，上上、下表面的的反射光將產(chǎn)產(chǎn)生干涉，厚厚度為e處，兩相干光光的光程差為為411.干涉條件說明1.用e指示條紋位置置2.劈尖相當(dāng)于厚厚度呈線性變變化的薄膜3.對于同一級干干涉條紋，具具有相同的介介質(zhì)厚度。4.對空氣劈尖e=0處是暗紋不取0422.任意相鄰明條條紋(或暗條紋)之間的距離l例2.干涉條紋的移移動dL例1測直徑,已知43例3若劈尖的上表面向上平移，干涉條紋怎樣變化？（A）各級條紋向左移，條紋間距不變。（B）各級條紋向右移，條紋間距不變。（C）各級條紋向左移，條紋間距變大。（D）各級條紋向右移，條紋間距變小。提示：同一級干涉條條紋，具有相相同的介質(zhì)厚厚度。間距答（A）44一.光的衍射現(xiàn)象象及其分類第二部分---光的衍射縫較大時，光光是直線傳播播的縫很小時，衍衍射現(xiàn)象明顯顯陰影屏幕屏幕惠更斯菲涅耳原理定性解釋：繞射45二.單縫夫瑯和費費衍射干涉：從同一一點出發(fā)的光光分成兩束，再相遇后干干涉。干涉中不一定定有衍射，衍衍射中必有干干涉。1.單縫衍射實驗驗裝置S屏幕衍射：從同一點出發(fā)的光分成無數(shù)束光，再相遇后干涉46菲涅耳半波帶AAABa12A3PC47說明1.用角指示條紋的位置2.注意：：明紋紋暗紋K=0的明紋紋已重重合于于中央央明紋紋中48討論1.若縫變變窄或或變寬寬，各各級條條紋向向何方方移動動？遠離中中央明明紋原K級條紋原K級條紋靠近中中央明明紋很寬所有條條紋重重合于于中央央明紋紋即光直線傳傳播，，不繞繞射。。2.若縫寬寬不變變，紅光比比紫光光偏離離遠些些49例在單縫夫瑯和費衍射實驗中,若將縫寬縮小一半,原來第三級暗紋處將是(A)第一級明紋(B)第一級暗紋

(C)第二級明紋

(D)第二級暗紋

解:原來第第三級級暗紋紋縮小一一半K=1答：ＡＡ50第三部部分光光的的偏振振橫波的的偏振振性一.基本概概念光矢量量振動面面v0HE1.光矢量：即矢量2.線偏振光(平面偏振光)：在一固定平面內(nèi)只沿一一固定定方向向振動動，稱稱為偏偏振光光。原原子每每一次次所發(fā)發(fā)出波波列是是偏振振光。。513.自然光光：普普通光光源內(nèi)內(nèi)有大大量原原子，，在一一段時時間內(nèi)內(nèi)所發(fā)發(fā)光波波的振振動方方向可可以取取所有有可能能取的的方向向，沒沒有哪哪一方方向的的光振振動占占優(yōu)勢勢。此此稱自自然光光或非非偏振光光。4.自然光光等效效于兩兩個獨獨立的的相互互垂直直的偏振光：自然光每一矢量沿X,Y方向分解面對光的傳傳播方向看看52⑶部分偏振光光的表示法法：⑵自然光的表表示法：⑴線偏振光的的表示法：：光振動垂直板板面光振動平行行板面4.符號表示平面偏振光光，全偏振振光平行板面的光振動較強垂直板面的光振動較強53二、透過偏偏振片的偏偏振現(xiàn)象3.偏振光的起起偏和檢偏偏起偏：使自然光光（或非偏偏振光）變變成線偏振振光的過程程。檢偏：檢查入射射光的偏振振性。偏振化方向自然光偏振片線偏振光1.某些物質(zhì)制制成的透明明薄片（硫硫酸金雞鈉鈉堿），只只允許一個個方向的光光振動通過過，稱為偏振片片。2.偏振化方向向：允許光光振動通過過的方向4.通過偏振片片后的光強強—馬呂斯定律律54馬呂斯定律律---線偏振光的振動方向與檢偏器的偏振化方向之間的夾角注意1.式中不是自然光的光強，而是入射到偏振片上偏振光的光強。馬呂斯定律律553.自然光通過過偏振片后后光強減半半自然光偏振片2.兩偏振片的的偏振化方方向平行時時光光強最大兩偏振片的的偏振化方方向相互垂垂直光強為為零即即56解：畫示意意圖P1P2P3I0I1I2I3例1三個偏振片P1，P2與P3堆疊在一起，P1與P3的偏振化方向相互垂直，P2與P1的偏振化方向間的夾角為30°.強度為I0的自然光垂直入射于偏振片P1，并依次透過偏振片P1、P2與P3，則通過三個偏振片后的光強為57三.反射和折射射光的偏振振反射和折射射過程會使使入射的自自然光一定定程度的偏偏振化自然光部分偏振光部分偏振光58起偏振角布儒斯特角反射光的偏偏振化程度度和入射角角有關(guān)，當(dāng)當(dāng)入射角這時反射光成為為線偏振光光。等于某一特定值時，此即布儒斯特定律可以證明：：自然光部分偏振光光0i線偏振光全全偏振光59例2自然然光光以以60°的入入射射角角照照射射到到某某兩兩介介質(zhì)質(zhì)交界界面面時時，，反反射射光光為為線偏偏振振光光，，則則知知（A）折射射光光為為線線偏偏振振光光，，且且折折射射角角是是30°°.（B）折射射光光為為部部分分偏偏振振光光，，折折射射角角是是30°°.（C）折射射光光為為線線偏偏振振光光，，折折射射角角不不能能確確定定.（D）折射射光光為為部部分分偏偏振振光光，，折折射射角角不不能能確確定定.答：：B反射射光光為為線偏振振光光60°°為起起偏偏角角60提示示：：”反射射光光是