1、波動方程（第二課時(shí)）波的能量、疊加以及聲波超聲波次聲波多普勒效應(yīng)和電磁波2因“波”的巨大能量造成災(zāi)難地震波地震波海嘯海嘯爆炸沖擊波爆炸沖擊波重大災(zāi)難回顧重大災(zāi)難回顧 2011年日本大地震及其引發(fā)的海嘯年日本大地震及其引發(fā)的海嘯重大災(zāi)難回顧重大災(zāi)難回顧 2015天津港危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸天津港危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸波的能量 概念：當(dāng)波傳播到介質(zhì)中的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)將發(fā)生振動，因而具有動能；同時(shí)由于該處介質(zhì)發(fā)生彈性形變，因而也具有勢能。原來靜止的質(zhì)點(diǎn)，其動能和勢能都為零。由于波的到來，質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動，于是具有一定的能量。此能量顯然是來自波源。所以波源的能量隨著波傳播到波所到達(dá)的各處。 特點(diǎn)：在波動的傳播過程中

2、，任意時(shí)刻任意位置質(zhì)元的動能和勢能不僅大小相等而且相位相同，同時(shí)達(dá)到最大，同時(shí)等于零；并且這一變化是周期性的。4公式 介質(zhì)中單位體積的波動能量，稱作波的能量密度，表示為( 推倒過程書P323頁 波的能量密度是隨時(shí)間作周期性變化的，通常取其一個(gè)周期內(nèi)的平均值 = 波的能流和能流密度 單位時(shí)間內(nèi)通過介質(zhì)中的某面積的能量單位時(shí)間內(nèi)通過介質(zhì)中的某面積的能量 通過一個(gè)面的能流隨周期變化，一般公式取能流的平均值通過一個(gè)面的能流隨周期變化，一般公式取能流的平均值=能流密度能流密度 單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于波線的單位面積的平均能流單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于波線的單位面積的平均能流 V Su x波的疊加干涉干涉駐波駐波生

3、活中的干涉邁克耳孫測星干涉儀薄膜干涉波的干涉振動方向相同頻率相同相位差恒定兩波源 相干條件 產(chǎn)生相干波空間相遇相干迭加結(jié)果相干波源波的干涉現(xiàn)象在迭加區(qū)某些點(diǎn)的位置處振幅始終最大，另一些點(diǎn)的位置處振幅始終最小，而其它位置，振動的強(qiáng)弱介乎二者之間，保持不變，稱這種穩(wěn)定的疊加圖樣為干涉現(xiàn)象。駐波現(xiàn)象駐波（駐波（Standing wave）為兩個(gè)振幅、波長、周期、頻率和波速皆相為兩個(gè)振幅、波長、周期、頻率和波速皆相同的正弦波相向行進(jìn)干涉而成的合成波。此同的正弦波相向行進(jìn)干涉而成的合成波。此種波的波形無法前進(jìn)，因此無法傳播能量，種波的波形無法前進(jìn)，因此無法傳播能量，故名之。故名之。相關(guān)計(jì)算公式)cos(

4、21tAyyy, 2 , 1 , 02)(2)(1212kkrr, 3 , 2 , 1 , 0) 12()(2)(1212kkrr, 2 , 1 , 0,2221kkrr, 2 , 1 , 0,2) 12(21kkrr波的干涉波的干涉 波的疊加（兩振動在波的疊加（兩振動在P點(diǎn)的相位差為派的偶數(shù)倍時(shí)和振幅最大）點(diǎn)的相位差為派的偶數(shù)倍時(shí)和振幅最大）波的疊加兩振動在波的疊加兩振動在P點(diǎn)的相位差為派的偶數(shù)倍時(shí)和振幅最小點(diǎn)的相位差為派的偶數(shù)倍時(shí)和振幅最小兩個(gè)波源的初相位相同時(shí)的情況兩個(gè)波源的初相位相同時(shí)的情況惠更斯原理1 、原理： 波前上的各點(diǎn)都可以看作新的 波源2. 舉例 :t 時(shí)刻波面 t+t 時(shí)刻

5、波面波的傳播方向 新波源將發(fā)出子波 各子波的包絡(luò)（即公切面）就是下一時(shí)刻的新波前聲波 超聲波 次聲波 聲波：能引起人的聽覺的機(jī)械波聲波：能引起人的聽覺的機(jī)械波縱波縱波 超聲波：頻率高于超聲波：頻率高于20kHz, 機(jī)械波，縱波。機(jī)械波，縱波。次聲波：頻率低于次聲波：頻率低于20Hz, 機(jī)械波，縱波。機(jī)械波，縱波。聲聲 波：頻率波：頻率 2020kHz,機(jī)械波，縱波。機(jī)械波，縱波。頻率 定義：定義： 10-8 10-8 聲波聲波 超聲波與次聲波超聲波與次聲波聲強(qiáng)聲強(qiáng) I ：聲波的能流密度（單位：聲波的能流密度（單位：Wm-2 ) )uAI2221一、聲波一、聲波)(110212mWI聲強(qiáng)級聲強(qiáng)級

6、Li ：與人耳感覺到的聲音響度有關(guān)：與人耳感覺到的聲音響度有關(guān)0lg10IILi 其中其中 I0=10-12 Wm-2基準(zhǔn)聲強(qiáng)基準(zhǔn)聲強(qiáng)單位：分貝（單位：分貝（dB) )超聲波超聲波超聲波：頻率高于超聲波：頻率高于20kHz, 可高達(dá)可高達(dá) 109Hz .1、超聲波的特性、超聲波的特性 （1）波長小，衍射不明顯，方向性好，可集中成束，有定向）波長小，衍射不明顯，方向性好，可集中成束，有定向功能。功能。（2）頻率高，聲強(qiáng)大，可擊碎金鋼石和金屬等硬物。）頻率高，聲強(qiáng)大，可擊碎金鋼石和金屬等硬物。（3）傳播過程中衰減小，穿透本領(lǐng)大，可穿透固體幾十米。）傳播過程中衰減小，穿透本領(lǐng)大，可穿透固體幾十米。（

7、4）反射效果明顯。）反射效果明顯。2、超聲波的應(yīng)用、超聲波的應(yīng)用 （1）工業(yè)無損探傷；醫(yī)學(xué)上的）工業(yè)無損探傷；醫(yī)學(xué)上的 “B超超”。（超（超聲診斷儀的許多類型，如聲診斷儀的許多類型，如A型、型、B型、型、M型、多普勒超聲型、多普勒超聲型等。型等。B型是其中一種，通過型是其中一種，通過B超可獲得人體內(nèi)臟各器超可獲得人體內(nèi)臟各器官的各種切面圖形比較清晰。官的各種切面圖形比較清晰。B超比較適用于肝、膽腎、超比較適用于肝、膽腎、膀胱、子宮、卵巢等多種臟器疾病的診斷。膀胱、子宮、卵巢等多種臟器疾病的診斷。）（2）加工處理，搗碎，攪拌，混合，超聲清結(jié)。）加工處理，搗碎，攪拌，混合，超聲清結(jié)。（3）醫(yī)學(xué)治療

8、，近年來超聲治療偏癱、面神經(jīng)麻）醫(yī)學(xué)治療，近年來超聲治療偏癱、面神經(jīng)麻痹，增生，血腫等。痹，增生，血腫等。次聲波次聲波次聲波（亞聲波）：頻率次聲波（亞聲波）：頻率10-420Hz.（1）次聲波的特性：）次聲波的特性： 頻率低，衰減小頻率低，衰減?。?）次聲波的產(chǎn)生：火山爆發(fā)，地震，隕石落地，）次聲波的產(chǎn)生：火山爆發(fā)，地震，隕石落地，大氣湍流，雷暴，磁暴等自然活動大氣湍流，雷暴，磁暴等自然活動（3）次聲波的應(yīng)用：研究地球，海洋，大氣等大）次聲波的應(yīng)用：研究地球，海洋，大氣等大規(guī)模運(yùn)動的有力工具規(guī)模運(yùn)動的有力工具生活中的特殊現(xiàn)象生活中的特殊現(xiàn)象 列車靠近時(shí)，鳴笛聲越來越尖銳；列列車靠近時(shí)，鳴笛聲越

9、來越尖銳；列車遠(yuǎn)離時(shí)，鳴笛聲越來越低吟。是不是車遠(yuǎn)離時(shí)，鳴笛聲越來越低吟。是不是列車的擴(kuò)音器的頻率本身發(fā)生了變化？列車的擴(kuò)音器的頻率本身發(fā)生了變化？多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)(Doppler effect)1 1、現(xiàn)象現(xiàn)象( (18421842年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)) )：當(dāng)汽車向你駛來時(shí)，感覺音調(diào)：當(dāng)汽車向你駛來時(shí)，感覺音調(diào)變高；當(dāng)汽車離你遠(yuǎn)去時(shí)，感覺音調(diào)變低。變高；當(dāng)汽車離你遠(yuǎn)去時(shí)，感覺音調(diào)變低。2 2、音調(diào)音調(diào)：由頻率決定，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低：由頻率決定，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低音調(diào)越低。音調(diào)越低。 3 3、多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有：由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動相對運(yùn)動，

10、使觀察者使觀察者感到頻率變化感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。 單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波，故觀察者接收單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。到的頻率等于波源的頻率。1、波源和觀察者沒有相對運(yùn)動時(shí)、波源和觀察者沒有相對運(yùn)動時(shí)多普勒效應(yīng)的成因多普勒效應(yīng)的成因2、觀察者朝波源運(yùn)動時(shí)、觀察者朝波源運(yùn)動時(shí) 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到的頻率增大。增多，即接收到的頻率增大。3、觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動時(shí)、觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動

11、時(shí) 觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率減少。數(shù)減少，即接收到的頻率減少。觀察者不動，波源相對介質(zhì)運(yùn)動觀察者不動，波源相對介質(zhì)運(yùn)動1 1）觀察者朝波源運(yùn)動）觀察者朝波源運(yùn)動2 2）觀察者離波源運(yùn)動）觀察者離波源運(yùn)動1 1、波源不動，觀察者相對波源運(yùn)動、波源不動，觀察者相對波源運(yùn)動多普勒效應(yīng)中觀測頻率的計(jì)算多普勒效應(yīng)中觀測頻率的計(jì)算(1)vvvffv人波人測波波波(1)vvvffv人波人測波波波2 2、觀察者不動，波源相對觀察者運(yùn)動、觀察者不動，波源相對觀察者運(yùn)動1 1）波源朝觀察者運(yùn)動）波源朝觀察者運(yùn)動2 2）波源離觀察者運(yùn)動）波源離觀

12、察者運(yùn)動vv ffv Tvv波波波測源源波波波vv ffv Tvv波波波測源源波波波1 1、當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時(shí)，如果二、當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時(shí)，如果二者者相互接近相互接近，觀察者，觀察者接收到的頻率增大接收到的頻率增大；如果二者如果二者相互遠(yuǎn)離相互遠(yuǎn)離，觀察者，觀察者接收到的頻率接收到的頻率減小減小。2 2、在、在觀察者運(yùn)動觀察者運(yùn)動的情況下，引起觀察者接的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于收頻率的改變，是由于觀測到的波的速度發(fā)觀測到的波的速度發(fā)生改變生改變（波的波長不變）。（波的波長不變）。3 3、在、在波源運(yùn)動波源運(yùn)動的情況下，引起觀察者接的情況下，引起觀察者接收頻率的改變，是由于收頻率的改變，是由于觀測到的波的波長觀測到的波的波長發(fā)生改變發(fā)生改變（波的速度不變）。（波的速度不變）。 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)電磁波總結(jié)機(jī)械振動與機(jī)械波簡諧運(yùn)動a 簡章震動的基本特征b簡章運(yùn)動的三個(gè)特征量c矢量圖解法d簡諧振動的能量簡諧振動的合成同方向同頻率同一直線上兩個(gè)頻率相近相互垂直同頻率振動的分解阻尼振動 受迫振動共振機(jī)械波的幾個(gè)概念機(jī)械波的形成橫波于縱波波長 周期與頻率 波速波線 波面 波前