波速、相速、速、能量传输速度

波速、相速、速、能量传输速度
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1、定义
波速(wave celerity)单位时间内波形传播的距离,以波长与波周期之比表示.V=入/T.
相速(phase velocity):相速度,单一频率的正弦电磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介质中传播的速度v=c/n,c为自由空间中的光速,n为介质对该频率电磁波的折射指数。
在理想介质中,电磁波的相速仅与介质参数有关.
速(group velocity):(1)、波列作为整体的传播速度(2)波传播的速度。波的速度,简称速,是指波的包络传播的速度。实际上就是波实际前进的速度。速是一个代表能量的传播速度。
概念引入原因:
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实用系统的信号总是由许多频率分量组成,在散介质中,各单分量将以不同的相速传播,因此要确定信号在散介质中的传播速度就发生困难,为此引入速的概念,它描述信号的能量传播速度。
能量传播速度:速是波的能量传播速度.
2、相互关系
(1)相关概念
非散介质:无线电波在介质中传播时,介电常数ε与频率无关,波的传播速度也与频率无关的介质;
散介质:与此相反,如果介电常数ε或传播速度v与频率有关的介质.
正常散:一切无透明介质在可见光区域均表现为正常散。特点:波长变大时,由v=λf,频率不变,则V增大。而n=c/v,则折射率值n变小,角散率D变小。
反常散:在某些波段会出现,波长变大时折射率值增大的现象,这称为反常散。反常
散同样是物质的普遍性质。反常散与选择吸收密切相关,即在发生物质的选择吸收波段附近出现反常散。
角散率:由夫琅和费衍射理论知,产生衍射亮条纹的条件(光栅方程):dsinθ=kλ(k= 1, 2,…, n)光栅方程对λ微分,就可得到光栅的角散率:ψ=Δθ/Δλ=k/dcos.
角散率是光栅、棱镜等分光元件的重要参数,随着k的增大,散率也就越大。它表示单位波长间隔内两单谱线之间的角间距,当光栅常数d愈小时,角散愈大;光谱的级次愈高,角散也愈大。且当光栅衍射时,如果衍射角不大,则cosθ接近不变,光谱的角散几乎与波长无关,即光谱随波长的分布比较均匀,这和棱镜的不均匀散有明显的不同。
(2)他们之间的相互关系
波速与相速:(1)、由波动方程所确定的光波速度v=c/n,反映了光波波面相位的传播速度。
(2)、相速度只代表相位变化的快慢,并不代表电磁波能量的真正传播速度。
(3)、电磁波的波速(3*10^8)是固定不变的.电磁波的相速(c/n,n可以小于1)于介质n有关,可以超过光速,也可以为负值.
促进就业法波速与速:速则总小于自由空间的光速c。由于散的存在,同一光信号所包含的不同光谱成分在散介质中不能同步传播,其合振动是一个复平面波,随着该平面波以一相速度向前传播,调制波也以一速度速度向前优越传播,该速度反映了光波能量度的传播速度,故称之为光波在散介质中的速度。
相速与速:速和相速只是在频散煤质中才有差别.速度可以理解为多个频率的光相互影响和形成的一个周期性的复杂震动。其相速度是这个周期中某一个震动形式相同的位置的传播速度,速度就是整个这个周期传播的速度。在无散介质中,速等于相速度,其速度跟相速度同方向同大小;在散介质中,速度不等于相速度:在正常散区域,速度小于相速;在反常散区域,速度则大于相速度。利用速度的差别可以使不同颜的光分开。
速与能量传播速度:速是波能或信号的传播速度
3、在前面那些课程中接触过,怎么介绍的,自己如何理解的?
(1)高中学习物理中的机械波时,老师讲过波速。波速指单位时间内波传播的距离,与波传播的方向相同,v=s/t.
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当时老师重点强调了波速的方向与质点振动的方向。对于横波:波速的方向与质点振动的方向垂直;对于纵波:波速的方向与质点振动的方向平行;
例:
Y=0处为波源,t=0时刻开始沿竖直方向做简谐运动,振幅为A,周期为T,波长为S。
则:每个质点运动状态:X坐标不改变,沿着Y轴在振幅范围内做简谐运动。
波速的方向:随着波源的运动,会将波能传出去沿着x轴方向,大小为S/T.
(2)、大学里学习《普通物理学》时,深入学习了机械波和电磁波。讲到了波速与相速和。同高中时候一样,老师也加以区分了波速与质点振动的方向。
对于波速:机械波的仅决定于介质的弹性和惯性。
对于相速:由于波的振动状态由相位确定,所以波速就是波的相位的传播速度,成为相速。
(3)、大学里学习《电磁场与电磁波》提到了相速、速。
关于相速:电磁波的等相位面在空间中的运动速度称为相位速度,简称为相速。
对于波上任意固定观察点,其相位是恒定值,均匀平面波的相速为V=dz/dt=w/k;在理想介质中,均匀平面波的相速与频率无关,但与媒介参数有关。自由空间中,相速=光速。
对于速:引入原因:一个信号总是有许许多多频率成分组成,用相速无法描述一个信号在散媒介中的传播速度,从而引入速的概念。
定义:包络波上任一恒定点的推进速度。相速与速的之间的关系:
Vg=dZ/dB;
Vg=Vp/(1-w*dVp/Vp*dw).
可知,dVp/dw=0,则速等于相速,为无散。李铭佳
dVp/dw<0,则速小于相速,为正常散。
dVp/dw>0,则速大于相速,为反常散。
自己的理解:以电磁波为例。电磁波在自由空间内周期T,波长为λ
波速:波速指单位时间内波传播的距离,与波传播的方向相同,v=s/t.如下图:v=λ/T.
相速:电磁波的等相位面在空间中的运动速度称为相位速度,简称为相速。
速:包络波上任一恒定点的推进速度,用相速无法描述一个信号在散媒介中的传播速度,从而引入速的概念。
能量传播速度:速即为能量传播速度。
4、这个概念的了解和掌握,对自己的专业或其他专业的学习(现在、以后,如:考研)有何帮助?
首先:物理概念的引入是为了更好的描述问题、研究问题、解决问题。大的方面:物理概念是实验和科学思维的产物,反映了物理现象的本质特征,是学科的理论基础。
物理概念描述物理现象的本质特征,描述了物理现象、反映了物质内在的属性和物质的客观性。波速、相速、速、能量传播速度这几个概念均是电磁波的一些基本物理概念。波速描述电磁波传播的速度;相速度描述单一频率的正弦电磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介质中传播的速度;速,是指波的包络传播的速度。实际上就是波实际前进的速度;速是一个代表能量的传播速度。这些物理概念的切入点和侧重点不一样,当我们充分掌握和区分这些概念的时候,有利于我们利用这些概念根据题目的要求或者具体的场合分析问题。只有准确认识和理解了物理概念,在理解的基础上加以记忆和运用,才能掌握好基础知识,之后才能熟练地综合运用相关知识,提高学习的质量。

本文发布于:2024-09-21 05:38:32,感谢您对本站的认可!

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标签:速度   介质   色散   传播速度   概念
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