高二物理競(jìng)賽波動(dòng)能量和運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的描述 課件

波的能量能流密度1、波動(dòng)是能量的傳播

當(dāng)機(jī)械波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)均在其平衡位置附近振動(dòng)，因而具有振動(dòng)動(dòng)能。同時(shí)，介質(zhì)發(fā)生彈性形變，因而具有彈性勢(shì)能。以固體棒中傳播的縱波為例，取一個(gè)小體積元來(lái)分析波動(dòng)能量的傳播。xOxO振動(dòng)動(dòng)能xOxO(1)振動(dòng)動(dòng)能楊氏模量(2)

彈性勢(shì)能xOxO密疏體積元的總機(jī)械能xOxO密疏

體積元在平衡位置時(shí)，動(dòng)能、勢(shì)能和總機(jī)械能均最大。(1)在波動(dòng)傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動(dòng)能、勢(shì)能、總機(jī)械能均隨(x,t)作周期性變化，且變化是同相位的。體積元的位移最大時(shí)，三者均為零。

討論AC

體積元在平衡位置時(shí)，動(dòng)能、勢(shì)能和總機(jī)械能均最大。體積元的位移最大時(shí)，三者均為零。速度最大時(shí)：質(zhì)點(diǎn)過(guò)平衡位置時(shí)動(dòng)能最大。此時(shí)的相對(duì)形變（應(yīng)變）也最大！同理可證：質(zhì)元?jiǎng)幽茏钚r(shí)，勢(shì)能也最小?！巴唷钡亩糠治觯?2)任一體積元都在不斷地接收和放出能量，即不斷地傳播能量。任一體積元的機(jī)械能不守恒。波動(dòng)是能量傳遞的一種方式。

能量密度：?jiǎn)挝惑w積介質(zhì)中的波動(dòng)能量。

平均能量密度：能量密度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。2波的能流和能流密度

能流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)某一面積的能量。

平均能流：能流密度I

(波的強(qiáng)度)

通過(guò)垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流。uS單位含義:描述波的能量強(qiáng)弱.(1)

平面簡(jiǎn)諧波均勻-無(wú)吸收-無(wú)限大S1S2能流密度I

(波的強(qiáng)度)

討論

例證明球面波的振幅與離開(kāi)其波源的距離成反比，并求球面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù).

證介質(zhì)無(wú)吸收，一個(gè)周期通過(guò)兩個(gè)球面的能量相等.即式中為離開(kāi)波源的距離，為處的振幅.(2)

球面波均勻、無(wú)吸收、無(wú)限大13

設(shè)有兩個(gè)相互平動(dòng)的參照系S和S/。在S系中建立直角坐標(biāo)系o—xyz，在S/系中建立直角坐標(biāo)系o—x/y/z/。設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在空間運(yùn)動(dòng)。二者關(guān)系1)位矢的相對(duì)性（成立條件空間長(zhǎng)度測(cè)量的絕對(duì)性）P點(diǎn)相對(duì)于S系的位矢為：相對(duì)于S/系的位矢為：2)速度的相對(duì)性（成立條件時(shí)間間隔測(cè)量的絕對(duì)性）一。運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的描述t時(shí)刻：將對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，14速度：加速度：可代表：位矢、位移、速度、加速度等。將速度公式再對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，可統(tǒng)一表示為：強(qiáng)調(diào)：相對(duì)運(yùn)動(dòng)公式的獲得必須滿足長(zhǎng)度的測(cè)量和時(shí)間的測(cè)量與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)這兩個(gè)條件。t時(shí)刻：t+Δt時(shí)刻：兩式相減，即得t時(shí)刻：15

運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的。對(duì)所有物理現(xiàn)象的觀測(cè)和所有物理規(guī)律的描述都是相對(duì)于某一參照系而言的。力學(xué)相對(duì)性原理：對(duì)于所有慣性系，力學(xué)現(xiàn)象都遵從相同的規(guī)律，力學(xué)定律都各自有相同的形式?；蛘哒f(shuō)，在研究力學(xué)現(xiàn)象時(shí)，一切慣性系都是等價(jià)的。二、力學(xué)相對(duì)性原理

牛頓運(yùn)動(dòng)定律的表述形式適用于慣性系。在不同的慣性系里牛頓運(yùn)動(dòng)定律的形式都是一樣的。在任何慣性系中觀察同一力學(xué)現(xiàn)象都將按同樣的形式發(fā)生和演化。

在任一慣性系中進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)都將得到同樣的結(jié)果，我們不能借助于力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的慣性運(yùn)動(dòng)。因此在研究力學(xué)現(xiàn)象時(shí)，所有慣性系都是等價(jià)的。16三、伽利略變換

設(shè)有兩個(gè)參照系S系和S’系，各坐標(biāo)軸相互平行。S’

系相對(duì)S系沿ox軸以u(píng)運(yùn)動(dòng)。時(shí)兩坐標(biāo)重合t時(shí)刻，物體在P點(diǎn)(看成一事件）在S’系看來(lái)，該事件的時(shí)空坐標(biāo)為：在S系看來(lái)，該事件的時(shí)空坐標(biāo)為：坐標(biāo)軸原點(diǎn)O與O’點(diǎn)重合時(shí)作為公共計(jì)時(shí)起點(diǎn)。171）伽利略坐標(biāo)變換18由坐標(biāo)變換公式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)2)伽利略速度變換速度滿足速度疊加原理。193)伽利略加速度變換由速度變換公式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)不同慣性系下，描寫同一質(zhì)點(diǎn)的加速度相同。在兩個(gè)慣性系中即經(jīng)典時(shí)空中牛頓第二定律適用于任何慣性系。在慣性系中所有力學(xué)規(guī)律相同——牛頓的力學(xué)相對(duì)性原理20

同樣兩點(diǎn)的距離或同樣的前后兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔無(wú)論在哪個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的，而且時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立、沒(méi)有任何聯(lián)系的。四、經(jīng)典的時(shí)空觀

絕對(duì)空間是指長(zhǎng)度的量度與參照系無(wú)關(guān)，絕對(duì)時(shí)間是指時(shí)間的量度與參照系無(wú)關(guān)。時(shí)間是絕對(duì)的，空間是絕對(duì)的，時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立，沒(méi)有任何聯(lián)系。從而同時(shí)也