物理学15-波的能量与强度_精品文档.pptx

物理学15-波的能量与强度_精品文档.pptx

《物理学15-波的能量与强度_精品文档.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学15-波的能量与强度_精品文档.pptx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

物理学15波的能量与强度张宏浩1一一、波的能量和能量密度、波的能量和能量密度波不仅是振动状态的传播，而且也是伴随着振波不仅是振动状态的传播，而且也是伴随着振动能量的传播。

动能量的传播。

有一平面简谐波有一平面简谐波质量为质量为在在x处取一体积元处取一体积元质点的振动速度质点的振动速度5-3波的能量波的能量*声强声强体积元内媒质质点动能为体积元内媒质质点动能为体积元内媒质质点的体积元内媒质质点的弹性势弹性势能等于其动能能等于其动能（证明见后证明见后）：

）：

体积元内媒质质点的总能量为：

体积元内媒质质点的总能量为：

1）在波动的传播过程中，任意时刻的动能和势能在波动的传播过程中，任意时刻的动能和势能不仅大小相等而且相位相同，同时达到最大，同不仅大小相等而且相位相同，同时达到最大，同时等于零。

时等于零。

说明说明2）在波传动过程中，任意体积元的能量不守恒。

在波传动过程中，任意体积元的能量不守恒。

能量密度能量密度单位体积介质中所具有的波的能量。

单位体积介质中所具有的波的能量。

平均能量密度平均能量密度一个周期内能量密度的平均值。

一个周期内能量密度的平均值。

举例说明论证：

波的能量公式以固体棒中传播的纵波为例分析波动能量的传播.xOxO振动动能可见，波的平均能量密度与振幅平方、频率平方都成正比。

弹性势能xOxO由弹性力关系式纵波杨氏模量则形变势能可写成振动动能振动势能体积元的总机械能在波传播过程中，任一媒质元在任意时刻或任意振动状态下，动能和势能不仅相等，而且是同步变化。

总机械能随时间作周期性变化，与简谐振动系统不同。

1）在波动传播的媒质中，任一体积元的动能、势能、总机械能均随作周期性变化，且变化是同相位的.2）任一体积元都在不断地接收和放出能量，即不断地传播能量.任一体积元的机械能不守恒.波动是能量传递的一种方式.结论3）正、负最大位移处，速度为零，形变为零，动能、势能和总机械能均为零。

平衡位置处，速度最大，形变最大，动能、势能和总机械能均为最大。

能量密度：

单位体积介质中的波动能量.平均能量密度：

能量密度在一个周期内的平均值.机械波的能量与振幅的平方、频率的平方成正比，机械波的能量与振幅的平方、频率的平方成正比，与介质的密度成正比。

与介质的密度成正比。

能流能流:

单位时间单位时间内通过介质中某一内通过介质中某一截面的能量。

截面的能量。

二、二、波的波的能流和能流密度能流和能流密度平均能流平均能流：

在一个周期内能流的平均值。

在一个周期内能流的平均值。

平均能流密度平均能流密度（波的强度（波的强度）指指单位时间单位横截面积单位时间单位横截面积通过的能量：

通过的能量：

通过垂直于波动传播方向的单位面积的通过垂直于波动传播方向的单位面积的平均能流平均能流。

例例试证明在均匀不吸收能量的媒质中传播的试证明在均匀不吸收能量的媒质中传播的平面波平面波在行进方向上振幅不变在行进方向上振幅不变，球面波的振幅与离波源的距球面波的振幅与离波源的距离成反比离成反比。

分析平面波和球面波的振幅分析平面波和球面波的振幅证明：

证明：

在一个周期在一个周期T内通过内通过S1和和S2面的能量应该相等面的能量应该相等所以所以,平面波振幅相等。

平面波振幅相等。

对对平面波：

平面波：

所以振幅与离波源的距离成反比。

如果距波源单位所以振幅与离波源的距离成反比。

如果距波源单位距离的振幅为距离的振幅为A则则距波源距波源r处的振幅为处的振幅为A/r由于振动的相位随距离的增加而落后的关系，由于振动的相位随距离的增加而落后的关系，与平面波类似，与平面波类似，球面简谐波的波函数球面简谐波的波函数：

对对球面波球面波：

三、三、波的吸收波的吸收波在实际介质中，由于波动能量总有一部分会被介波在实际介质中，由于波动能量总有一部分会被介质吸收，波的机械能不断减少，波强亦逐渐减弱。

质吸收，波的机械能不断减少，波强亦逐渐减弱。

波通过厚度为波通过厚度为dx的介质，其振幅衰减量为的介质，其振幅衰减量为-dA波强的衰减规律：

波强的衰减规律：

*四、声压、声强和声强级四、声压、声强和声强级声压声压：

介质中有声波传播时的压力与无声波时的：

介质中有声波传播时的压力与无声波时的静压力之间的压差。

静压力之间的压差。

平面简谐波，声压振幅为平面简谐波，声压振幅为声强声强：

声波的能流密度。

：

声波的能流密度。

频率越高越容易获得较大的声压和声强频率越高越容易获得较大的声压和声强引起人听觉的声波有引起人听觉的声波有频率范围频率范围和和声强范围声强范围声强级声强级人耳对响度的主观感觉由声强级和频率共同决定人耳对响度的主观感觉由声强级和频率共同决定