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波动是振动的传播过程,振动是形成波动的根源。
波动可以分为 机械波、电磁波和物质波 三类。机械振动的传播形成机械波,电磁扰动的传播形成电磁波,而物质波是一种概率波。
波动又可以分为 横波和纵波 。振动方向与传播方向平行的波称为纵波(弹簧振子的振动),振动方向与传播方向垂直的波称为横波(声波)。水波是由纵波和横波组合而成的一种椭圆形的混和波。
波动还可以分为 标量波和矢量波 ,密度波为标量波,位移波为矢量波。
根据一维谐波的波函数,可以得到一小段质元中的动能为:
\bar{w}={1\over T}\int^T_{0} \rho \omega^2 A^2 sin^2 \omega(t-{x\over u}) dt =\rho \omega^2 A^2[{1\over T}\int^T_{0} sin^2 \omega(t-{x\over u}) dt]
w
ˉ
=
T
1
∫
0
T
ρ
ω
2
A
2
s
i
n
2
ω
(
t
−
u
x
)
d
t
=
ρ
ω
2
A
2
[
T
1
∫
0
T
s
i
n
2
ω
(
t
−
u
x
)
d
t
]
正弦函数的平方在一个周期内的平均值为1/2,所以,波的平均能量为
在几列波相遇的区域内,任一点的振动为各波列单独在该点所引起的各个振动的合成,这一结论叫做波的叠加原理。
满足一定条件的两列波在空间中相遇叠加时,交叠区中某些地方的合振动始终加强,而另一些地方的合振动始终减弱的稳定叠加现象叫做
波的干涉
,能够产生干涉现象的两列波叫做
相干波
。
产生相干波的条件是: 频率相同,振动方向相同,相位差恒定。
当相位差为2π的整数倍时,合成振幅最大,合振动加强,故干涉加强条件为:
\delta= \begin{cases}\pm2k{\lambda\over 2}\\ \pm(2k+1){\lambda\over 2} \end{cases}\qquad(k=0,1,2,...)
δ
=
{
±
2
k
2
λ
±
(
2
k
+
1
)
2
λ
(
k
=
0
,
1
,
2
,
.
.
.
)
由此可见,波程差
δ
每变化半个波长,波场中合振动的强弱就变化一次。
驻波也是一种干涉现象,但它又不同于一般的干涉现象。它是由沿相反方向传播的两列等幅相干波叠加而成的。乐器中存在很多这样的现象。连续介质中各质元原地振动而不向前传播的运动状态叫做 驻波 ,波场中始终静止不动的各点成为驻波的 波节 ,而将振幅最大的各点成为驻波的 波腹 。
著名的克拉尼图形便是一种平面驻波。
一维驻波表达式:
两个反向传播的等幅相干波的波函数分别为:
y=y_{1}+y_{2}=2Acos{\omega\over u}x·cos\omega t=2Acos{2\pi {x\over \lambda}}x·cos\omega t
y
=
y
1
+
y
2
=
2
A
c
o
s
u
ω
x
⋅
c
o
s
ω
t
=
2
A
c
o
s
2
π
λ
x
x
⋅
c
o
s
ω
t
Δ
ψ
=
2
π
λ
δ
半波损失: 当反射端是固定的时候,相当于有半个波长π的半波损失。 除此之外,当波从波疏介质近似垂直入射到波密介质界面反射时,有半波损失;反之,当波从波密介质近似垂直入射到波疏介质界面反射时,无半波损失。对于电磁波来说,上述规律同样适用。
机械波没有横向多普勒效应。只有纵向多普勒效应。
物理光学-1.波动简介1.波动的基本概念2.波动的描述3.描述波的物理量4.平面谐波(一维谐波)的波函数5.波的能量传输6.波的干涉干涉加强与减弱条件:7.驻波8.多普勒效应1.波动的基本概念波动是振动的传播过程,振动是形成波动的根源。波动可以分为机械波、电磁波和物质波三类。机械振动的传播形成机械波,电磁扰动的传播形成电磁波,而物质波是一种概率波。波动又可以分为横波和纵波。振动方向与传播方向平行的波称为纵波(弹簧振子的振动),振动方向与传播方向垂直的波称为横波(声波)。水波是由纵波和横波组合而成的一
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