第八节 波 第九节 维
作者简介:陈少毅,汉族。1962年5月4日出生,大学本科学历,中教高级职称,高级中学教师,现已退休。
一、什么是波
波是物质的运动形式,波是物质间相互作用产生的一种运动形式,从而体现出能量的传递。物质的相互作用方式,决定传播方式,宇宙中的所有物质都在波动,总称物质波。
二、波的分类
1.根据物质间的相互作用可分为
(1)道力波
道力波是由道力引发的波动,由道引力和道斥力周期性变化引起的道子媒介子的振动。
(2)磁力波
磁力波是由磁力引发的波动,由磁引力和磁斥力周期性变化引起的磁子媒介子的振动。磁力波中包含有道力波。
(3)电力波
电力波是由电力引发的波动,由电引力和电斥力周期性变化引起的电子媒介子的振动。电力波中包含有道力波和磁力波。
2.根据物质种类可分为
(1)道子波
道子波是媒介子是道子的波,道子波是道子媒介子的振动波。道子波是球面波,传播方向是四面八方。
(2)光子波
光子波是媒介子是光子的波,光子波是光子媒介子的振动波。光子波是球面波,传播方向是四面八方。
(3)电子波
电子波是媒介子是电子的波,电子波是电子媒介子的振动波。电子波是球面波,传播方向是四面八方。
(4)原子波(超声波)
原子波是媒介子是原子的波,原子波是原子媒介子的振动波。原子波是球面波,传播方向是四面八方。
(5)分子波(声波)
分子波是媒介子是分子的波,分子波是分子媒介子的振动波。分子波是球面波,传播方向是四面八方。
(6)星球波(引力波)
星球波是媒介子是星球的波,星球波是星球媒介子的振动波。星球波是球面波,传播方向是四面八方。
3.根据波动的传播形式可分为
(1)横波
横波的特点是质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。在横波中波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。电磁波就是横波。
(2)纵波
纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波。如敲锣时,锣的振动方向与波的传播方向就是一致的,所以声波是纵波。纵波是波动的一种(波动分为横波和纵波)。亦称“疏密波”,纵波的传播过程是沿着波前进的方向出现疏密不同的部分。实质上,纵波的传播是由于介质中各体元发生压缩和拉伸的变形,并产生使体元恢复原状的纵向弹性力而实现的。因此纵波只能在拉伸压缩的弹性的介质中传播,一般的固体、液体、气体都具有拉伸和压缩弹性,所以它们都能传递纵波。声波在空气里传播时,由于空气微粒的震动方向与波的传播方向一致,所以是纵波。
(3)球面波
球面波是指波阵面为同心球面的波。球面波在自由场的传播过程中,其声场中声压幅度与到声源中心的距离成反比例地衰减变化。当声源的尺度远小于媒质中的声波波长(即点声源)时,它所产生的声波便成为球面波。在远场中的声波呈球面发散波,声波在某点产生的声压与该点至声源中心的距离成反比。
三、波的能量
波的传播总伴随着能量的传输,机械波传输机械能,电磁波传输电磁能。单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的能量称为波的能流密度,常用来描述波的强度,能流密度与振幅的平方成正比。一般情况下必须区分波的相位传播方向和能量传播方向。相同相位(即波面)的传播方向与波面垂直,称为波的法线方向,相位(或波面)的传播速度称为相速度或法线速度。对各向同性介质,波的法线方向与能量传递方向合二为一,相速度和能量传播速度也相同。对各向异性介质,波的法线方向与能量传播方向一般不重合,相速度与能量传播速度也不相等。
在波动过程中,媒质的各个质点只是在平衡位置附近振动,并不沿着振动传播的方向迁移。因此,波是振动状态的传播,不是物质本身的传播。