大学物理光学课件.ppt

波的共性反射，折射，干涉，衍射，偏振(横波),概述,第十章波动,1.,一.机械波的形成,101机械波的几个概念,双重周期性,二.横波与纵波,2.,三.波长波的周期和频率波速,一个周期波传播的距离,1.波长,（一个完整波形长度）,或相邻(=2)两个振动质元间距,2.周期与频率,T:传播一个所需的时间,:单位时间传播完整波的数目,a.波源S相对介质静止T=TS=S,b.对线性波(如机械波),T、与介质无关，只与波源有关,3.,3.波速u(相速),或,单位时间状态(相位)传播距离,与介质性质有关，与波源无关,4.相互关系,*a.波速公式,b.双重周期性,固体,(纵),4.,波线传播方向,波面同相面,平面波(一维),球面波(三维),5.,一.平面简谐波的波函数,102平面简谐波的波涵数,1.波涵数(波的运动学方程),描述波线上各质元集体振动规律,满足,2.平面简谐波(一维),6.,设波沿x轴正向(或负向)传播,原点O处(不一定是波源S),O处质元:,(教材设0=0),对任一质元P(x):,如图(x0)P滞后O,P,x0,Q,x,O,x,7.,一般波函数标准形式,角波数,a.形式与坐标系选择有关（原点、正向）,b.波的相位,关键,特征量（A、u、）,0原点O处质元的初相位(x=0,t=0),传播方向与x轴正向,一致,相反,或,其中t=0 x处质元初相位,t=0 x=0原点O处的初相位(0),8.,同一质元不同时刻,同一时刻不同质元,x波程差,c.相位差,d.对任一质元,9.,将x=x0代入与yQ比较,分析:,a.法设波函数为,可得,b.法由相位超前或滞后关系直接求0,上方(超前),下方(滞后),c.如x0不明显“直线”传播,线度显著“绕射”,21.,三.波的干涉,1.波的叠加原理,独立性与叠加性,只适用小振幅波动(线性叠加),2.波的干涉,(1)干涉现象,(2)相干波,22.,(3)相干波产生,法用满足上述条件两独立波源(图10-18),(4)两相干波的相位差,任一相遇点P,空间位置的函数,与t无关(稳定),23.,(5)合振动强弱空间分布规律,对P点:合振动,满足:,最强(干涉相长),满足:,最弱(干涉相消),干涉静止,式中,式中,24.,a.相干叠加能量在空间不均匀分布,b.非相干叠加(如频率不同)均匀叠加,分析:,关键求相位差表达式,解:,(1)对图中P1点(r1=r2),均为干涉静止点,25.,(2)对图中P2点r1=10+x,r2=x10,均为干涉静止点,无加强点,在(10,10)区间,干涉静止点位置,讨论:,S1和S2右初相相同,情况如何?,26.,分析:,分波阵面法取得两相干波,S,c,A,则,第一次减弱,第二次减弱,两次相减,则,反之已知可求u,x,27.,一.驻波的产生,一维驻波(弦驻波),105驻波,(干涉的一个特例),相干波+A1=A2+沿弦线相向传播,考察半个周期,28.,二.驻波方程,1.驻波方程,合成波非行波,A(x)周期性函数,振动因子,如1=2=0(教材),29.,2.驻波特征,(1)振幅分布“腹与节”,(2)相位分布“同相与反相”,(3)能量分布“驻”（能量不传播）,相邻波节(腹)间距x,相邻波腹与波节间距x,相邻波节之间同相振动,任一波节两侧反相振动,I左+I右=0净能量不过波节,30.,三.相位跃变,(半波损失),理论和实验证明,四.驻波能量,31.,五.简正模式,1.两端固定弦驻波,(驻波可能形成振动方式),如图(一端波节,一端波腹),2.其它情况,外界策动频率=某个简正频率,32.,分析:,对(1)问,法见教材,法设反射波方程为,考虑反射波由入射波引起,且反射端有相位跃变,则,故,34.,106Doppler效应,一.概念,a.三者相对静止,b.对质元b,1.S不动,P相对介质运动(v0),接近,远离,35.,2.P不动,S相对介质运动(vS),接近:,远离:,3.S与P同时相对介质运动,综合上述规律,a.只发生在连线方向上,无横向效应,b.S运动和P运动机理不同,不可相互等效,c.同方向上,d.冲击波(激波),36.,例1A、B为两个汽笛，其频率皆为500Hz，A静止，B以的速率向右运动.在两个汽笛之间有一观察者O，以的速度也向右运动.已知空气中的声速为,求：,(1)观察者听到来自A的频率；,(2)观察者听到来自B的频率；,(3)观察者听到的拍频.,分析:,关键:分清S或P相对介质运动情况,“接近”“远离”,37.,例2利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为的超声波,当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为.已知空气中的声速,求车速.,分析:,被测汽车充当两个角色:,故需两次运用Doppler效应,仪器接受的频率,车速,一是运动的观察者,二是运动的反射波源,38.,一.电磁波的产生与传播,107平面电磁波,开放LC电路,等效为振荡电偶极子(发射天线),非线性变化,电场与磁场交替变化与传播(球面波),r平面电电磁波,39.,2.与同相位,二.平面电磁波特性,1.横波,右手螺旋系偏振性,3.,4.真空,介质,(折射率),40.,可以证明,42.,四.电磁波谱,其中:400nm(紫)760nm(红)可见光,引起人眼视觉：,矢量光振动,40.,一.声波(机械纵波),*108声波超声波与次声波,(20Hz20000kHz),声强I(能流密度Wm-2),声强级,分贝(dB),基准声强