電腦硬件工作原理

機械波1、說明下列幾組概念的區(qū)別和聯(lián)系:振動和波動；振動曲線和波形曲線；振動速度和波速；振動能量和波動能量；機械波和電磁波。振動在空間傳播的過程叫做波動。以機械波為例，彈性介質中的各質元(視為質點)都只在各自平衡位置附近振動，并未向波傳播的方向傳播，因此波的傳播不是介質質元的傳播；介質中各質元的振動有聯(lián)系又有不同：靠近波源振動的質元依靠介質質元間彈性力的作用逐個帶動離波源較遠的質元的振動，對于平面波且介質無吸收時，先后振動的質元振動的頻率、振幅、振動方向都相同，區(qū)別在于它們的相位逐漸依次落后，所以說波動是振動相位的傳播，又振動狀態(tài)由相位決定，因此也可以說波動是振動狀態(tài)的傳播。振動曲線是質點位移隨時間變化的曲線，它反映一個質點在不同時刻的位移狀況；波形曲線則反映某個時刻沿波線介質中質元位移隨質元平衡位置的坐標變化的曲線，它反映某個時刻各個質元位移狀況。振動曲線一定要標明是哪一個質元的，波形曲線上則應標明相應的時刻及波動傳播的方向。振動速度是質點的位移對時間的導數，它反映質點振動的快慢。對于簡諧振動，振動速度也按簡諧振動規(guī)律變化。而波速則是振動狀態(tài)在空間傳播的速度，不是質點真實運動的速度。在均勻介質中，波速是一個常量(

=2=骯亍 )，波速取決于介質的性質。振動能量是振動系統(tǒng)的機械能，對于簡諧振動，振動能量13S=Ek十船二2，是個恒量。波的能量是指介質元振動時的動能與因形變而具有的勢能之和。動能和勢能隨時間和位置作同步的周期性的變化。波的能量在介質中是連續(xù)分布的。因而用能量密度(單位體積介質具有的能量)來反映能量的分布。能量密度隨時間和位置周期性變化說明能量是隨著波的傳播而傳播的。機械波是機械振動在介質中的傳播，電磁波則是電磁振動(變化的電場和磁場)在空間的傳播，這是它們本質上的區(qū)別，因而二者在產生、傳播機理上是不同的。機械振動必須在彈性介質中才能傳播，而變化的電磁場在真空和介質中都能傳播。機械波和電磁波都是波動，都必須有波源，有相似的傳播特性和規(guī)律,因而可用相同的數學表達式來描述。2、2、nr平面簡諧波的波函數為 篡，試說明口表示什么？卩表示什么？込=A匚曲曲-巴-+硏 巴］若改寫為 址，其中跟表示什么？⑶若改寫為黔二衛(wèi)込仙m耐其中勺物理意義是什么？昭與出的區(qū)別何在?罷與爲有何區(qū)別?込=j4cos[oj(^+d+毋]昭與出的區(qū)別何在?罷與爲有何區(qū)別?(4)若另一波動鬢=j4cos[fuft-—)+tp](5)若另一波動 篡T T島=靈85［少0—一)+切 -，篡表示孟處質元的振動比坐標原點處振動滯后的時間，或者說波從坐標原點傳播到孟處所需的時間。卩表示坐標原點處質元振動的初相。OJX加表示忑處質元振動比原點處質元振動滯后的相位。址_也_2氐⑶黔二小珂少“虹十叭， 叫做波數。從定義式可見波數氏在數值上等于在丄垃長度內含有的完整波的數目。氐與幾的關系類似于也與T￡氏 ￡冗 I■d.-'T￡U=——田=—— /C=——的關系( ), 可理解為單位時間內振動相位的變化，而 也可理解為單位長度上波的相位的變化，所以又叫角波數。與昭比較，二者表示的波的傳播方向不同，環(huán)表示向正孟方向傳播的平面簡諧波，而疤表示向負孟方向傳播的平面簡諧波。痔與迅的區(qū)別在于坐標原點處質元振動的初相不同，痔表示坐標原點處質元振動的初相是卩，疤表示坐標原點處質元振動的初相是四。3、關于波長的下列說法是否一致？同一波線上，相位差為2兀的兩個質點間的距離;在一個周期內波所傳播的距離；(3)同一波線上相鄰的振動狀態(tài)相同的兩點間的距離；（4）兩個相鄰波峰（或波谷）之間的距離，或兩個相鄰密部（或疏部）中心間的距離。以上說法是一致的。距離。以上說法是一致的。4、根據波速、波長和頻率的關系式能否用提高頻率的方法來增大波在答案給定介質中的傳播速度?答案:波速主要取決于介質的特性，取決于介質的彈性（彈性模量）和慣性（密度），因此在同一介質中，提高頻率v,將使波長減小，不能增大波的傳播速度。（在有些情況下，在頻率很高或某些介質中，波速也可能和頻率有關，稱作頻散現象，我們這里只討論無頻散的情形）。5、有人認為，如果波從O點傳播到P點（坐標為兀），則P點比O點振動的時刻兀 兀晚萇，O點f時刻的相位對P點要在』+篡時刻才出現，因此波沿孟軸正向傳播時的表達式應該為 ，你認為如何？蜜=j4cOS[￡ZJ（Z-—）十切上述表達式是錯誤的，應該寫成因為波的表達式表示的是P點在f時刻的振動情況，若在f時刻，O點的位匚碑=十QP點的振動比O點要晚口時間，所以P點在藝時刻的位移應當是與O點在— =Acqs[o3（/_）+<?]￡一幫時刻的位移相同，即:6、圖中正弦曲線是一弦線上的波在時刻訕勺波形，其中a點向下運動，問:波向哪個方向傳播？圖中b、c、d、e各點各向什么方向運動？能否由此波形曲線確定波源振動的頻率和初相？根據a點要向下運動，畫出下一時刻(宀川)的波形曲線如圖中虛線所示,可見(+川時刻波形曲線比f時刻向右移動一段距離，所以波沿+兀軸傳播。從圖中可知，b、c點將向上運動而d、e點將下運動。因為不知道一幾、篡的大小，所以不能從此波形曲線確定波源振動的頻率和初相。7、由所給的彈性縱波的波形曲線判斷該時刻疏部中心、密部中心的位置和勢能密度最大的位置。JH+,^i4根據縱波振動方向與傳播方向一致的特點，在圖中畫出該時刻一些質點的實際位置。由圖可見，A、C……等各點為密部中心，而B點為疏部中心。密部中心和疏部中心(位移為零的位置)是介質彈性形變最大的位置，所以也是勢能密度最大的位置。質點在平衡位置處速度最大，所以這些點也是動能密度最大的位置，能量密度最大的位置。&指出下列情況能否輻射電磁波。穩(wěn)定的圓電流；帶電粒子作勻速率圓周運動。變化的電場和變化的磁場相互激發(fā)才能輻射電磁波,而穩(wěn)定的圓電流只能在其周圍激發(fā)穩(wěn)定的磁場，因而不能輻射電磁波。帶電粒子作勻速率圓周運動，在其中心軸線上各點產生穩(wěn)定的磁場，在其他各點，磁場都在不斷變化，再激發(fā)電場，……因而可以輻射電磁波。9、聲源向觀察者運動和觀察者向聲源運動，都會產生頻率增高的多普勒效應,這兩種情況有何區(qū)別？兩種情況不同的原因在于以介質為參考系，聲源和觀察者的運動狀況不同，因而引起頻率增高的機理不同。聲源運動引起沿運動方向上波長縮短，從而引起波的頻率（接收頻率）增加；若聲源相對于介質靜止，觀察者向著聲源運動，引起的是接收范圍的增大，所收到的完整波的個數增加，因此接收到的頻率增加。10、設想有人在音樂會散場時以兩倍于聲速的速度離去，有人說“他就會聽見音樂作品倒過來演奏”。這種說法對嗎？從理論上講，這種說法是可能的。人以兩倍聲速運動，可以追上正在傳播的聲波。但是實際上聲波在傳播過程中減弱、消失，不可能無限遠地傳播下去。即使不考慮波能量的消散，由于多普勒效應，人耳聽到的也只能是變調的聲音，