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波动方程 高中物理波动方程讲解

回答如下:波动方程是描述波动现象的数学方程,它可以用来描述各种波的传播和变化规律,包括机械波和电磁波等。

一般情况下,波的传播方向可以用x轴表示,时间可以用t表示。

设波的传播速度为v,波函数为y(x,t),则波动方程可以写成:

∂²y∂t² = v²∂²y∂x²

其中,∂²y∂t²表示y关于时间t的二阶偏导数,∂²y∂x²表示y关于空间x的二阶偏导数。

这个方程的意义是,波函数y在时间和空间上的变化率与波的传播速度v有关。

当波传播速度越快,波函数在时间和空间上的变化率也越快。

波动方程的解可以描述波的传播和干涉等现象,例如光的衍射、干涉等。

需要注意的是,波动方程只适用于线性波动,即波函数的值和导数都是线性的。

对于非线性波动,需要使用更为复杂的方程进行描述。

波动方程

什么是波动方程?波动方程是之中偏微分方程:

一个量为U(z,t),那么

U(z,t)对z的二阶导数 等于 一个常数 乘以 U(z,t)对t的二阶导数

这就是波动方程了

波动方程是什么波动方程的本质是振动方程,形式上自然一样,他们的区别就在于,振动方程描述的是一个质点在任意时刻偏离平衡位置的位移,而波动方程描述的是任意一个质点在任意时刻偏离平衡位置的位移,这个任意时刻用变量t来表示,任意位置用变量x来表示,求解方法完全是求解振动方程的方法,首先确定一个参考点,一般选择坐标原点,根据初始条件写出它的振动方程,然后在右侧任选一点,坐标为x,这一点的振动方程和原点的振动方程对比,振幅一样,角频率一样,唯一不一样的是初相位,而相位差可以根据这两个点的距离来确定,即相位差等于距离除以波长再乘以2PI(圆周率),同时,沿着波的传播方向相位越来越小记住,波动方程就是振动方程

波动方程的方程的解及条件对于一维标量波动方程的一般解是由达朗贝尔给出的:  , 其中  和  为任意两个可微分的单变量函数,分别对应于右传播波,和左传播波。要决定  和  必须考虑两个初始条件:

这样达朗贝尔公式变成了:

在经典的意义下,如果f(x) \in C^k并且g(x) \in C^则u(t,x) \in C^k

一维情况的波动方程可以用如下方法推导:想象一个质量为m的小质点的队列,互相用长度h的弹簧连接。弹簧的硬度为k :

这里u (x)测量位于x的质点偏离平衡位置的距离。对于位于x+h的质点的运动方程是:

m{\partial^2u(x+h,t) \over \partial t^2}= kLINK

其中u(x)的时间依赖性变成显式的了。

波动方程就是描述波动现象的偏微分方程,它的物理意义就太宽泛了。不过波动方程一个很重要的性质是传播速度有限(不像热传导方程)。

电磁场的运动方程是波动方程这说明电磁相互作用只能以有限的速度传播(光速c),而没有瞬时的作用(即超距作用)。这是导致狭义相对论建立的一个重要思想。

历史上许多科学家,如达朗贝尔、欧拉、丹尼尔·伯努利和拉格朗日等在研究乐器等物体中的弦振动问题时,都对波动方程理论作出过重要贡献。

弦振动方程是在18世纪由达朗贝尔(d’Alembert)等人首先系统研究的,它是一大类偏微分方程的典型代表。

对于一个标量quantity u的波动方程的一般形式是:

波动方程{ \partial^2 u \over \partial t^2 } = c^2 \nabla^2u

这里c通常是一个固定常数,也就是波的传播速率(对于空气中的声波大约是330米/秒, 参看音速)。对于弦的振动,这可以有很大的变化范围:在螺旋弹簧上(slinky),它可以慢到1米/秒。但若c作为波长的函数改变,它应该用相速度代替:v_\mathrm = \frac{\omega}

注意波可能叠加到另外的运动上(例如声波的传播在气流之类的移动媒介中)。那种情况下,标量u会包含一个马赫因子(对于沿着流运动的波为正,对于反射波为负)。

u = u(x,t), 是振幅,在特 *** 置x和特定时间t的波强度的一个测量。对于空气中的声波就是局部气压,对于振动弦就使从静止位置的位移。\nabla^2 是相对于位置变量x的拉普拉斯算子。注意u可能是一个标量或向量。

大学物理波动方程公式是什么?大学物理波动方程公式是:

1、简谐振动方程:ξ=Acos(ωt+φ)。

2、波形方程:ξ=Acos(2πx/λ+φ′)。

3、振动能量:E k =mV2/2=Ek E= Ek +Ep =kA2/2 E p =kx2/2= (t) 。

4、波动能量:=1222∝A ρωA V ρω2A 2 I==2。

5、机械波ν’ =V +V R (V R ——观察者速度;V s ——波源速度)。

6、对光波ν’ =C -V r,其中V r 指光源与观察者相对速度。

波动方程物理意义

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