第二節(jié) 平面簡諧波的波動方程.ppt

1、機械波,振動在空間的傳播過程叫做波動,波動的形式是多種多樣的，一般可分為：,機械波： 機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播。,電磁波： 電磁振動在空間的傳播。,物質(zhì)波： 運動物體伴隨的波動。,各種類型的波有其特殊性，例如:聲波需要介質(zhì)才能傳播，電磁波卻可在真空中傳播，至于光波有時可以直接把它看作粒子光子的運動，但各種類型的波也有普遍的共性 。,彈性介質(zhì)和波源（機械波產(chǎn)生的條件）,縱波和橫波：,(1) 質(zhì)元并未“隨波逐流” 波的傳播不是媒 質(zhì)質(zhì)元的傳播,(2) “上游”的質(zhì)元依次帶動“下游”的質(zhì)元振動,(3) 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,波長、頻率、和波速之

2、間的關(guān)系,平面簡諧波的波函數(shù),一、波函數(shù)（定量描述波在空間的傳播）,數(shù)學(xué)函數(shù)式表示介質(zhì)中質(zhì)點的振動狀態(tài)隨時間變化的關(guān)系.,二、平面簡諧波的波函數(shù),平面簡諧波：,波面為平面的簡諧波.,平面簡諧波傳播時，介質(zhì)中各質(zhì)點都作同一頻率的簡諧振動，在任一時刻，各點的振動相位一般不同，它們的位移也不相同。據(jù)波陣面的定義可知，任一時刻在同一波陣面上的各點有相同的相位，它們離開各自的平衡位置有相同的位移。,t,O點處質(zhì)點的振動表達式為：,P處質(zhì)點在時刻t 的位移為：,波動表式：描述介質(zhì)中各質(zhì)點的位移隨時間的變化關(guān)系.,P處質(zhì)點在時刻t 的位移為：,因此，波線上任一點在任一時刻的位移都能由上式給出。此即所求的沿x

3、 軸正方向前進的平面簡諧波的波函數(shù)。,波函數(shù),沿x軸負方向傳播的平面簡諧波的波函數(shù)：,沿x軸正方向傳播,沿x軸負方向傳播,P點落后o點,P點超前o點,時間,時間,波函數(shù)為：,上述過程給出了一個寫出簡諧波方程的步驟：, 已知某點的振動方程（不一定是波源）, 根據(jù)波的傳播方向，判斷各點振動的先后次序, 找出時間差 ( 0), 將時間差 代入已知振動方程，即可得波動方程：,波函數(shù)其它形式,角波數(shù)：表示單位長度上波的相位變化,波動表式的意義：,上式代表x1處質(zhì)點在其平衡位置附近以角頻率w 作簡諧運動。,即,x 一定：令x=x1，則質(zhì)點位移y 僅是時間t 的函數(shù)。,即,以y為縱坐標、x 為橫坐標，得到一

4、條余弦曲線，它是t1時刻波線上各個質(zhì)點偏離各自平衡位置的位移所構(gòu)成的波形曲線(波形圖)。,t 一定:令t=t1，則質(zhì)點位移y 僅是x 的函數(shù)。,沿波線方向，任意兩點x1、x2的簡諧運動相位差為：,x、t 都變化:,實線：t1 時刻波形；虛線：t2 時刻波形,當t=t1時，,當t2= t1+t時，,在t1和t1+t時刻，對應(yīng)的質(zhì)點平衡位置用x1和x2表示，則,令 ，得,在t 時間內(nèi),整個波形向波的傳播方向移動了 ，波速u 是整個波形向前傳播的速度。,坐標原點，已知原點處質(zhì)點振動的振幅為,試求：（1）原點處質(zhì)點的振動表達式；,（2） 波函數(shù)（向右傳播）；,（3）離原點10cm處質(zhì)點的振動表達式；,

5、（4）離原點20cm和30cm處質(zhì)點的振動相位差；,（5）在原點振動0.0021s時的波形；,解：,由題意,波長,周期,（1）原點處質(zhì)點的振動表達式,（2）波函數(shù),（3）原點10cm處質(zhì)點的振動表達式,（4）兩點間距離,相位差,y,y,例2一橫波沿一弦線傳播。設(shè)已知t =0時的波形曲線如下圖中的虛線所示。波速u為12m/s，求(1)振幅；(2)波長；(3)波的周期；(4)弦上任一質(zhì)點的最大速率；(5)圖中a、b兩點的相位差；(6)3T/4時的波形曲線.（a、b兩點的對應(yīng)的橫坐標分別為15和35cm）,解: 由波形曲線圖可看出：,(2) =40cm；,(1) A=0.5cm；,(3)波的周期,t

6、 =0,(4)質(zhì)點的最大速率,(5)a、b兩點相隔半個波長，b點處質(zhì)點比a點處質(zhì)點的相位落后 。,(6)3T/4時的波形如下圖中實線所示，波峰M1和M2已分別右移 而到達 和 處。,例3 ：如圖是一平面余弦橫波在時刻t=0的波形。此波形以 v=0.08m/s 的速度沿ox軸正向傳播。 求：(1) a、b兩點振動方向; (2) O點振動方程; (3) 波動表式,解： 由于波沿x正向傳播，因此任意時刻任意點都將重復(fù)其前的點（圖中左側(cè)點）的振動，由此可知：,這個問題也可以由下一時刻的波形曲線得到，如左圖黃線示，而且比較直觀。,此外：,a點將向下振動； b點將向上振動。, 由已知圖可得：, 至此可寫出波動方程為：,例4：一列沿ox正向傳播的簡諧波，在時刻t1=0,t2=0.25s的兩個 波形如圖所示。求：(1)P的振動表達式，(2)此波的波動表式，(3)畫出O點的振動曲線。,解： 由已知圖分析可得：,當t=0時,對P點有：, 任意位置x與P點的距離為(x-OP) 由圖可知：, 當t=0時，O點有：,（或不判斷初相而直接由原圖分析）,則有O點振動曲線如下:,例5：平面簡諧波某時刻波形如圖。求：OP點距離。設(shè)此波向右傳播,解