高二物理競(jìng)賽波的能量 課件

§20.6波的能量1.彈性波的能量(以棒內(nèi)的簡(jiǎn)諧橫波為例)一.彈性波的能量能量密度振動(dòng)動(dòng)能

+彈性勢(shì)能

=機(jī)械能由各質(zhì)元既在運(yùn)動(dòng)又產(chǎn)生形變考慮密度為的介質(zhì)中一體積為的質(zhì)元，其平衡位置的坐標(biāo)為x。討論

oyTtwpwkx=x0(1/4)2A2wk、w

p

均隨t周期性變化(1)固定xwk=wp

oyxwkwpt=t0u(1/4)

2A2(2)固定twk、wp

隨x周期分布y

=0

wkwp最大y

最大wkwp為0同相2.能量密度又平均能量密度注：適用于各種彈性波。討論題：從能量的觀點(diǎn)分析彈簧振子與傳波介質(zhì)中的質(zhì)元的不同？彈簧振子通常指孤立的系統(tǒng)，因此其機(jī)械能守恒，因此勢(shì)能最大時(shí)動(dòng)能為零，勢(shì)能為零時(shí)動(dòng)能最大，隨著振動(dòng)勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。傳波介質(zhì)中的質(zhì)元，勢(shì)能最大時(shí)動(dòng)能亦最大，勢(shì)能為零時(shí)動(dòng)能亦為零，總機(jī)械能不守恒，它在零到最大值之間周期性的變化，不斷的將來自波源的能量沿波的傳播方向傳出去。討論能量的傳播3.能流(能通量)、波的強(qiáng)度udtu(1)

能流

P

(能通量)單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積的能量對(duì)于一確定面積，能流隨時(shí)間t

周期性的變化(2)

波的強(qiáng)度（平均能流密度）平均在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于波的傳播方向的單位面積的能量波的強(qiáng)度與振幅有關(guān)二.波傳播過程中振幅隨時(shí)間的變化假設(shè)介質(zhì)不吸收波的能量，則在一個(gè)周期內(nèi)：平面波，即S1=S2A1=A21.平面波振幅保持不變u波面波線平面波中能量的傳播2.球面波假設(shè)介質(zhì)不吸收波的能量，則在一個(gè)周期內(nèi)：即表明：振幅與離點(diǎn)波源的距離成反比。S2S1

波面波線Or1

r2

球面波中能量的傳播球面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)3.波的吸收實(shí)際上，波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)總要吸收波的一部分能量，并轉(zhuǎn)換為介質(zhì)的內(nèi)能或熱，而波的振幅沿波的傳播方向則逐漸減小，能量減弱。

若以A1

表示離波源的距離為單位長(zhǎng)度處的振幅，則在離波源任意距離r

處的振幅：

A=A1/r當(dāng)波在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，或當(dāng)波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，波面的形狀和波的傳播方向（即波線方向）將發(fā)生改變。例如：水波可以通過障礙物的小孔，在小孔后面出現(xiàn)圓形的波，原來的波前、波面都將改變。并且新波面就好象以小孔為波源產(chǎn)生的一樣。一.惠更斯原理1.惠更斯原理：(1)介質(zhì)中波傳到的各點(diǎn)，都可看作開始發(fā)射子波的子波源(點(diǎn)波源)。(2)在以后的任一時(shí)刻，這些子波面的包絡(luò)面就是實(shí)際的波在該時(shí)刻的波前。介紹有關(guān)波的傳播方向的規(guī)律當(dāng)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，用上述作圖法求出的波前的幾何形狀總是保持不變的。球面波平面波Outt

時(shí)刻的波前t+t

時(shí)刻的波前2.應(yīng)用t時(shí)刻波前

t+t時(shí)刻波前波的傳播方向3.不足惠更斯原理很好地解釋了波的傳播方向問題，但卻沒有給出子波強(qiáng)度的分布，后來菲涅耳對(duì)惠更斯原理做了重要補(bǔ)充，解決了波的強(qiáng)度分布問題，這就是在光學(xué)中有重要應(yīng)用的惠更斯-菲涅耳原理