大学物理课件波动2.pptVIP

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大学物理课件波动2

§1.2 平面简谐波 一、一维平面简谐波的波动方程 §2.5 简谐波的能量 二、波的能量密度 能流密度 §2.6 惠更斯原理 惠更斯原理(作图法,子波概念) 波的衍射和折射定律 棱镜 全反射 1、全反射现象: 波从波密介射向波疏介质(n2n1)时,根据折射定律 若 会有 这是没有意义的,我们不可能求出任何实数的折射率。事实上,这时没有折射光,入射光全部返射回介质1,这个现象称为全反射。满足的入射角称为临界角,相应的折射角 。 显然 时,即i1 等于临界角ic 时, 入射光为线偏振光,反射光也为线偏振光。 全反射、光学纤维 2、倏逝波: 它在介质光波导理论和技术中有重要应用。 实验表明,在全反射时,光波并非绝对地在界面上被全部反射回第一介质,而是透入第二介质很薄的一层表面(约为一个波长)并沿界面传播一些距离(波长量级)最后返回第一介质。透入第二介质表面的这个波称为倏逝波。 从满足电磁场边值关系来看,倏逝波的存在是必然的。 因为电场和磁场不可能中断在两种介质的分界面上,它应该满足边值关系,因而在第二介质中就一定会存在透射波。 只是在全反射下这个透射波有着特殊的性质,使它不能无限深入第二介质的内部。 必须指出:虽然在第二介质中存在倏逝波,但它并不向第二介质内部传输能量。 计算表明,倏逝波沿z方向的平均能流为零。 这说明第一介质流入第二介质和由第二介质流入第一介质的能量相等。 进一步研究还表明,由第一介质流入第二介质的能量入口与返回的能量出口处相隔约半个波长-通常称为古斯-哈恩森(Goos-Haenchen)位移,这是造成全反射时反射光位相跃变的原因。 3、光学纤维 §2.7 波的叠加原理 波的干涉 驻波 一、波的叠加原理 二、波的干涉(波的特征之三) (一)能量密度 单位体积内波的能量—— 能量密度 w : 能量密度的平均值: (二)能流密度 在单位时间内垂直于波线方向的单位面积上通过的平均波的能量—— 能流密度 (1)大小: (2)方向: (3)单位: (4)波的强度: 在给定均匀媒质(ρ、u 一定)中,从给定波源(ω一定)发出的波: (三)波的吸收(波的衰减) x 处的波动,经 dx 一层媒质后,振幅的衰减为 - dA : α——吸收系数(由媒质自身性质决定) 两边积分得 因为 所以平面简谐波强度的衰减规律为 (四)球面波(点波源激发) 单位时间内穿过这两个球形面的总平均能量分别为 因为无吸收,由能量守恒定律得 所以 即 则 即 C 取 r =1 个单位距离处的波幅,则 (一)举例 (二)惠更斯原理 媒质中波动传播到达的各点,都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波波面的包迹(指和所有子波的波前相切的曲面或曲线)决定了原波动的波前。 (三)惠更斯原理的适用条件 (1)适用于任何媒质(均匀的或不均匀的、各向同性的或各向异性的) (2)任何形式的波动 (四)惠更斯原理的应用(作图法) (1)平面波 (2)球面波 (一)波的衍射(波动特征之一) (1)衍射(绕射)现象 波在传播过程中,若遇到障碍物时,能够绕过障碍物的边缘前进。 (2)衍射条件 缝宽 a 与波长λ大小可比较。 (二)波的折射(波动特征之二) (1)折射现象 当波从一种均匀媒质进入到另一种均匀媒质时,由于在两种媒质中波速不同,波在两种媒质的分界面上发生折射。 (2)折射定律 各子波半径分别为 由图知 所以 即 折射定律: (1)入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第一媒质中的波速与第二媒质中的波速之比。 (2)入射线、折射线和分界面的法线,在同一平面内,并且入射线和折射线在法线的两侧。 n1 n2<n1 为了使更大范围内的光束能在光学纤维中传播,光纤应选择折射率差值较大的材料 * 教学要求: (1)能根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程,并掌握其物理意义及波形图形。掌握平面简谐波特征量的物理意义及其相互关系以及各由什么因素决定。 (2)理解谐波的动能、势能,理解波动能量的传播特征,理解能量密度概念,理解平均能量密度、能流与能流密度的概念,会计算波动的能量。 重点

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