2011年自考物理(工)串講筆記(三)
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第四篇 振動 波動 波動光學(xué)
4.1 機(jī)械振動轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com
4.2機(jī)械波
4.3 波動光學(xué)
4.4 電磁振蕩和電磁波
這一篇你一定要搞明白波的概念，搞明白它就容易了，隨后你會發(fā)現(xiàn)這一篇原來這么簡單，其次這一篇中另一個重要內(nèi)容是波的干涉及其條件，這兩部
分是這一篇8、9、10章的重點(diǎn)，這一篇的基本脈絡(luò)是：
振動→波→波和波關(guān)系指干涉、反射、折射等→特殊波，電磁波
其中振動是波的起源，所以本篇從振動開始。
我們首先介紹機(jī)械振動中的特殊振動：簡諧振動
最常見的諧振動就是彈簧振子的振動
所以
解的結(jié)果
上式表明x和t量的關(guān)系是余弦or正弦函數(shù)的關(guān)系，這種特征的運(yùn)動叫簡諧運(yùn)動。
這是簡諧振動的概念，關(guān)于諧振動方程
中A稱之為振幅
ω為角頻率 ， ，T為周期它和頻率互為倒數(shù)
固有角頻率
相位 ， 為初相位
上式運(yùn)動方程表明
、 、 為三個重要特征量，一個振動方程
如果它們?nèi)齻€確定了，那么運(yùn)動方程就確定了
那么 、 、 在初速度 ，初位移 確定后，如何求解呢?公式見教材或見本章節(jié)方框圖。
第八章核心掌握上述內(nèi)容，實(shí)質(zhì)就是簡諧振動的定義，彈簧振子在振動過程中，在某一點(diǎn)是存在動能和勢能的。這在力學(xué)篇介紹彈簧力時也介紹過，那那么彈簧振子在振動過程中能量為多少呢?和哪些因素有關(guān)呢?假設(shè)運(yùn)動方程為 勢能公式在力學(xué)篇介紹過
動能則利用動能定義
總機(jī)械能 表明
總機(jī)械能與振幅平方正比，與振動角頻率平方成正比，它是一個常量表明簡諧系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。關(guān)于簡諧振動的合成，請同學(xué)閱讀教材P336頁。
一質(zhì)點(diǎn)繞某一平衡點(diǎn)作簡諧振動、將推動質(zhì)點(diǎn)所在的媒質(zhì)的運(yùn)動，最簡單的假設(shè)在空氣中，質(zhì)點(diǎn)的反復(fù)振動將使在它附近的空氣也和它一起伸長，壓縮，靠近振動質(zhì)點(diǎn)的附近的媒質(zhì)追隨振子的這種運(yùn)動如果能在媒質(zhì)中連續(xù)傳遞下去，就形成波，自然界波很多，常見的熟悉的比如聲波和水波，根據(jù)振動源振動類型，波可分為機(jī)械波、簡諧波、電磁波。
從波的振動方向和傳播方向的關(guān)系可將波分為橫波和縱波，和波相關(guān)的物理量主要有波速、波長、波頻、波周期。
波速，描述波傳播快慢的物理量，單位時間振動狀態(tài)傳播的距離，波長指同一波上兩個相鄰振動步調(diào)相同點(diǎn)之間距離。
波周期是指波傳遞一個波長的距離所需要的時間，波頻和波周期互為倒數(shù)。
下面重點(diǎn)介紹幾種典型波
1.機(jī)械波，機(jī)械波簡單講就是機(jī)械振動得到傳播而形成的，所以機(jī)械波形成必須具備兩個條件(1)波源即振動物體;(2)能夠傳播振動的介質(zhì)
2.簡諧波，簡諧振動在介質(zhì)中傳播形成的波，其運(yùn)動方程
相關(guān)等價的表達(dá)式見方框圖
注意要把它和振動方程區(qū)別開，盡管形式相似但本質(zhì)不同。
3.電磁波(參看方框圖4.4)
電磁波的振動源是指某些電磁物理量(電磁強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B)隨時間周期性變化所形成的電磁振動，能夠形成這種電磁振蕩的最基本電路就是LC，回路見書P394圖10―1.
LC回路的周期和頻率
這種由LC回路的產(chǎn)生的振蕩必須在媒質(zhì)中得到傳播才能形成電磁波，但LC振蕩電路中，電場和磁場分別集中在電容器和線圈中，無法向周圍媒質(zhì)傳播，因此必須對LC回路進(jìn)行修改，使之能獲得能量傳播的振蕩源，這就需要解決三個問題：
1.電源補(bǔ)充能量
2.振蕩頻率要高
3.開放電路
按照上述三方面的改進(jìn)后的LC電路稱為振蕩偶極子，即電磁波波源。
形成的電磁波有什么特點(diǎn)呢?以及電磁波能量和相應(yīng)的電磁波波譜請大家參閱教材P378―381，或者選擇本課程精講部分。
更多信息請?jiān)L問：自學(xué)考試頻道 自學(xué)考試論壇 自學(xué)考試博客
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