01_波的基本特征
波的特性与波长的计算
波的特性与波长的计算在物理学中，波是一种能量传播的方式，它可以存在于不同的介质中，并具有一些特定的特性。
本文将重点讨论波的特性以及如何计算波长。
一、波的特性1. 波的定义波是由能量传递的振动或震动引起的扰动。
波可以分为机械波和电磁波两种类型。
2. 机械波机械波是需要介质作为传播媒介的波动。
其中，横波是振动方向垂直于波的传播方向的波动，例如水波；纵波是振动方向与波的传播方向平行的波动，例如声波。
3. 电磁波电磁波是不需要介质作为传播媒介的波动，可以在真空中传播。
它由电场和磁场交替变化形成，包括可见光、无线电波、微波等。
4. 波长波长是波的特性之一，它是指波的一周期所对应的长度。
通常用λ表示，单位是米。
波长和波速之间的关系可以用公式v = λf表示，其中v是波的速度，f是波的频率。
5. 频率频率是指波的周期性变化，即在单位时间内波的震动次数。
通常用f表示，单位是赫兹(Hz)。
二、波长的计算波长可以通过以下公式进行计算：λ = v / f其中，λ表示波长，v表示波的速度，f表示波的频率。
以声波为例，如果已知声速为340米/秒，频率为440赫兹，我们可以通过上述公式计算出波长：λ = 340 / 440 ≈ 0.773米同样地，对于其他类型的波，如电磁波，波速和频率的已知值可以通过实验或者其他方法获得，进而通过上述公式计算出波长。
三、实际应用1. 声音的传播声波的特性和波长的计算对于音乐、通信和声学领域都具有重要意义。
例如，在音乐制作中，通过调整频率和波长，可以产生不同的音调和音色。
2. 光的传播对于可见光和其他电磁波的传播，波长的计算可以用于研究光的衍射、干涉和反射等现象。
同时，通过调整波长，我们可以实现光的分光和光谱分析。
3. 通信技术在无线通信领域，波长的计算可以帮助我们设计和优化天线系统，以实现更好的信号传输和接收效果。
通过调整波长，可以选择合适的天线尺寸和配置。
总结：本文以波的特性和波长的计算为主题，介绍了波的定义、不同类型的波、波长的含义以及计算公式。
01介绍光通信基础知识培训教材
单模光纤(SMF) & 多模光纤(MMF)
• 1.在石英光纤中，ITU-T建议，标准单 模光纤的直径为8~10μm，标准多模光 纤的纤芯直径为50μm、 62.5μm，它们 的包层的直径均为125μm。
• 2.对光纤较佳的运行波段，多模光纤运 行波长为850nm或1300nm,而单模光纤 运行波长则为1310nm或1550nm。
光通信基础知识
光学基础知识
光的本质－－－电磁波
波长(nm) 106
4 104
SiO2 6 103 fiber 5 103 1.7103 1.2103 760
622 597 577 492 455 390 300
200
10
极远 远 中 红外线
近
红 橙 黄 可见光 绿 蓝 紫 近
紫外线 远 极远
长电磁场 无线电波
波动光学的基本原理
1. 干涉的基本原理：干涉是波的一个重要特征。光是电磁波，它也能产
生干涉现象。在日常生活中可以观察到许多干涉现象，如水上的油膜在光的照射下显现出 彩色花纹，肥皂泡在阳光下显示出五彩图案等等。各种光学元件镀的增透膜，WDM中常 用的Filter等也都利用了光的干涉原理。
油膜干涉现象
30mm
Wedge
E-beam O-beam
garnet
E-beam D d O-beam
E-beam O-beam
O-beam E-beam
功能图 原理图
通信系统
信息
发送器
（语音，视频，数据）
链路 传输介质
信息
接收器
（语音，视频，数据）
一个点到点的电信系统
Devices Applications (EDFA Module)
波浪形成的基本概念和波浪理论的运用课件
适应性局限
波浪理论在某些特定市场环境下 可能不适用，例如市场结构变化 、突发事件等因素可能影响理论
的适用性。
主观性较强
波浪理论的应用需要具备一定的 专业知识和经验，同时市场走势 的判断也具有较强的主观性，不 同分析师的判断可能存在差异。
未来波浪理论的发展方向
融合其他分析方法
近代的波浪理论
近代对波浪的研究
随着科学技术的发展，人们对波浪的 认识逐渐深入。物理学家、数学家和 海洋学家等开始从物理学、数学和流 体力学的角度研究波浪的生成、传播 和演化等规律。
近代的波浪理论
近代的波浪理论在数学和物理学的基 础上发展起来，通过建立数学模型和 物理方程来描述波浪的运动规律。这 些理论为后来的波浪研究提供了重要 的基础。
THANKS 感谢观看
古代人们在航海、捕鱼和战争等活动中，逐渐认识到波浪的存在和特性。他们观 察到波浪具有周期性、规律性和重复性等特点，开始意识到波浪可能与自然界的 其他事物存在某种联系。
古代的波浪理论
古代的波浪理论主要基于直观观察和经验总结，人们通过观察和描述波浪的形态 、大小、方向和运动规律等特征，开始尝试解释波浪形成的机制和原理。
01
02
03
气候变化
波浪理论可以用于研究气 候变化的规律，帮助科学 家更好地理解气候变化的 机制。
地震预测
在地震预测中，波浪理论 可以用于分析地震活动的 周期性和趋势，为防灾减 灾提供参考。
天文观测
在天文学中，波浪理论可 以用于分析星体的运动规 律和演化过程。
波浪理论在其他领域的应用
社会现象研究
波浪理论可以用于分析社会现象 的发展和演变，如人口增长、科
03 波浪理论的运用
波的特性和波的传播方向
波的特性和波的传播方向波是一种在空间中传播的能量传递方式，广泛存在于自然界和人类生活中。
了解波的特性和传播方向对于我们理解自然现象和应用中的波动非常重要。
本文将从波的特性和波的传播方向两个方面进行探讨。
一、波的特性波具有以下几个基本特性：1. 振幅（Amplitude）：指波峰或波谷到波的平衡位置（即无振动时的位置）的最大距离。
振幅决定了波的能量大小。
2. 波长（Wavelength）：指波的连续波峰之间的距离。
波长与波的频率有关，通常用λ表示。
波长越长，波的频率越低。
3. 频率（Frequency）：指在单位时间内波峰通过某一点的次数。
频率与波长成反比关系，通常用f表示。
频率越高，波的波长越短。
4. 周期（Period）：指波峰通过某一点所需的时间。
周期T与频率f 成反比关系，即T = 1/f。
周期和频率是描述波动速度的重要参数。
二、波的传播方向波的传播方向取决于介质类型和波的性质。
以下是常见波的传播方向的几种情况：1. 横波（Transverse Wave）：波动垂直于波的传播方向。
横波的传播类似于水波中垂直于波浪前进方向的浪峰。
典型的横波包括电磁波、水波和绳上的波动。
2. 纵波（Longitudinal Wave）：波动沿波的传播方向。
纵波的传播类似于弹簧中的压缩波。
声波是一种常见的纵波，通过介质的压缩和稀疏产生。
3. 表面波（Surface Wave）：波沿介质表面传播，同时具有横波和纵波的特性。
地震波是一种典型的表面波，它在地球表面传播，摇摆地表水平和垂直。
需要注意的是，波的传播方向并非固定不变的，它可能会因为不同条件的影响而发生改变。
例如，当光线从一种介质到另一种介质时，其传播方向会发生折射。
结论波的特性和传播方向是研究波动的基本概念。
通过了解波的振幅、波长、频率和周期，我们可以对波的能量和速度有更深入的理解。
而通过了解波的传播方向，我们可以预测波动在不同介质中的行为。
在日常生活和科学研究中，准确理解和应用波的特性和传播方向对于解决问题和发展技术至关重要。
球面波和柱面波(略)
1 2 3
干涉测量
利用球面波和柱面波的合成与分离，可以实现高 精度的干涉测量，用于长度、表面粗糙度、光学 元件的检测等领域。
光学信息处理
通过控制球面波和柱面波的合成与分离，可以实 现光学信息的空间调制和处理，用于图像处理、 光学计算等领域。
光学通信
利用球面波和柱面波的干涉现象，可以实现高速 度、高带宽的光学通信，用于光纤通信网络、自 由空间光通信等领域。
分离原理
球面波和柱面波的分离
通过使用不同的光学元件（如分束器、透镜等），可以将合成后的球面波和柱面波分离，形成两个独立的光束。
分束原理
利用光学元件对光波的反射、折射或散射作用，将合成光束分成两个或多个部分，每一部分都包含不同比例的球 面波和柱面波成分。分离后的光束可以用于进一步的光学实验或应用。
应用实例
能量集中
由于柱面波在垂直于传播方向的平面上波动，因此其能量较为集中，不易扩散。
柱面波的应用
声波探测
由于柱面波的能量集中特性，可 以利用柱面波进行声波探测，例 如医学超声成像和地下声波探测
等。
水下通信
在水下通信中，可以利用柱面波 进行信息传递，因为水对声波的 吸收较小，且柱面波能量集中，
传输距离较远。
并且在传播过程中，波的能量会逐渐扩 多个波相遇时，它们会相互叠加或抵消，
散。
产生干涉现象；当波遇到障碍物时，会
绕过障碍物继续传播，产生衍射现象。
02
球面波
球面波的定义
球面波的定义
球面波是指波阵面呈球面形状的波， 其波前是一个个同心球面。
球面波的形成
球面波的特性
球面波的波阵面是一个个同心球面， 波线始终垂直于波阵面，且在传播过 程中，波的振幅和相位随传播距离的 增加而发生变化。
波的特性波的传播和相互作用规律
波的特性波的传播和相互作用规律波的特性、波的传播和相互作用规律波是物质或能量在空间中传播的一种形式，它具有许多独特的特性和规律。
本文将从波的特性、波的传播和波的相互作用三个方面来探讨波的本质。
一、波的特性波具有以下几个重要的特性：1.频率和周期性波的频率指的是波动每秒钟完成的振动次数，单位是赫兹（Hz）；周期性则是指波动完成一个完整振动所需要的时间。
频率和周期性是波的基本特性之一，可以用来描述波的快慢和稳定性。
2.振幅和波长波的振幅是指波动的最大偏离原位置的距离，可以理解为波的强度。
波长则是波动一个完整周期所占据的空间距离。
振幅和波长都是描述波的大小和形状的重要参数。
3.传播速度波的传播速度是指波在介质中传播的速率，不同波的传播速度可能存在差异。
传播速度与介质的性质有关，例如光在真空中的传播速度约为每秒299,792,458米。
4.波的衍射和干涉波的衍射是指波经过障碍物后，在障碍物的边缘或孔洞中弯曲传播的现象。
波的干涉则是指两个或多个波在空间中叠加时形成的干涉图案。
这些现象揭示了波的波动性和传播特性。
5.波的偏振波的偏振是指波动方向的特性。
偏振可以是线性的，也可以是圆的或椭圆的，不同类型的波对应着不同的偏振特性。
二、波的传播波的传播是指波从一个地方传递到另一个地方的过程。
波的传播方式主要有以下几种：1.机械波的传播机械波是指需要介质来传播的波，例如水波、声波等。
机械波的传播需要介质中的粒子进行能量传递，所以只能在物质中传播。
2.电磁波的传播电磁波是指由电场和磁场相互作用而产生的波动。
电磁波可以在真空中传播，并且在不同介质中的传播速度可能有所差异。
3.横波和纵波的传播横波是指波动的方向垂直于波传播方向的波，例如光波；纵波则是指波动方向与波传播方向相同的波，例如声波。
横波和纵波的传播模式也是波的一种表现形式。
三、波的相互作用规律波的相互作用是指波与其他波或物体之间的相互影响。
波的相互作用规律主要包括以下几方面：1.叠加原理叠加原理是指当多个波同时存在于同一空间时，它们会按照波动的性质进行相互叠加。
波浪ppt课件
潮汐
潮汐对波浪的影响表现在潮汐 变化过程中产生的潮汐波。
地形
海岸线的地形地貌对波浪的传 播和变形具有重要影响，如海
湾、半岛、岛屿等。
03
波浪的观测与测量
波浪的观测
直接观测
通过肉眼或望远镜进行观测， 适用于近岸或浅水区域。
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的传感器 进行观测，可以覆盖较大范围 。
自动观测仪器
波浪PPT课件
目 录
• 波浪的形成与分类 • 波浪的特征与影响因素 • 波浪的观测与测量 • 波浪对人类的影响 • 波浪的利用与防护 • 未来展望
01
波浪的形成与分类
波浪的形成
波浪的形成
波浪是由于风力、地心引力和其他因素共同作用在水面上形 成的波动现象。当风吹过水面时，水分子受到风的摩擦力而 产生波动，形成波浪。
06
未来展望
波浪研究的未来方向
深入研究波浪生成机制
波浪能利用技术革新
探索波浪生成的动力学过程，研究海洋环 流、气候变化等因素对波浪的影响。
发展高效、可靠的波浪能利用技术，提高 波浪能转换效率，降低成本。
波浪能与其他可再生能源的集成
波浪能利用的生态环境影响
研究波浪能与其他可再生能源（如风能、 太阳能）的互补性和集成潜力，实现多能 互补和优化利用。
海上运输
波浪对海上运输产生影响 ，可能导致货物损坏、船 舶延误等。
航道建设
为减小波浪对海上交通的 影响，可以建设人工航道 、疏浚航道等，提高航道 的通航能力。
波浪对海洋生态环境的影响
生态系统平衡
波浪对海洋生态环境产生影响，可能影响海洋生物的栖息和繁殖，进而影响整 个生态系统的平衡。
污染扩散
声波的基础特性与应用
声波的基础特性与应用声波是一种机械波，是由物质的震动传播而产生的波动现象。
声波在空气、水、固体等介质中传播，是人类日常生活中不可或缺的一部分。
本文将介绍声波的基础特性以及其在各个领域中的应用。
### 声波的基础特性声波是一种纵波，其传播方向与振动方向一致。
声波的传播速度取决于介质的性质，一般在空气中的传播速度约为343米/秒。
声波的频率决定了声音的音调，频率越高，音调越高。
而声波的振幅则决定了声音的大小，振幅越大，声音越响亮。
声波的传播遵循波动方程，可以用以下公式表示：$$v = f \times \lambda$$其中，$v$表示声波的传播速度，$f$表示声波的频率，$\lambda$表示声波的波长。
声波的波长与频率成反比关系，频率越高，波长越短。
### 声波在医学领域的应用在医学领域，声波被广泛应用于超声波检查和超声波治疗。
超声波检查利用声波在人体组织中的传播特性，通过探头发射声波并接收回波来获取人体内部器官的影像，用于诊断疾病。
超声波治疗则利用声波的机械作用，对人体组织进行治疗，如碎石治疗、肿瘤消融等。
### 声波在通信领域的应用在通信领域，声波被应用于声纹识别技术。
声纹识别是一种生物特征识别技术，通过分析个体的声音特征来进行身份识别。
声波在此过程中起到传输和识别信息的作用，具有较高的安全性和准确性。
### 声波在工业领域的应用在工业领域，声波被应用于无损检测技术。
超声波无损检测是利用声波在材料中传播的特性，通过检测声波的传播时间和回波强度来判断材料内部是否存在缺陷，如裂纹、气孔等。
这种技术可以帮助工程师及时发现材料缺陷，确保产品质量。
### 声波在生活中的应用除了以上领域，声波在生活中还有许多其他应用。
例如，声波在音响系统中的应用，使人们能够享受高品质的音乐和影视体验；声波在声纳系统中的应用，用于水下通信和探测；声波在声波清洗中的应用，可以去除物体表面的污垢等。
总的来说，声波作为一种重要的机械波，在各个领域都有着广泛的应用。
波导
基本信息
通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又 称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。
介质波导采用固体介质杆而不是空心管。光导纤维是在光频率工作下的介质波导。微带、共面波导、带状线 或同轴电缆等传输线也可以认为是波导。
当无线电波频率提高到3000兆赫至 300吉赫的厘米波波段和毫米波波段时，同轴线的使用受到限制而采用金 属波导管或其他导波装置。波导管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简单，易 于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解，与普通传输线不同，波导管里不能传 输 TEM模，电磁波在传播中存在严重的色散现象，色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。表面波波导的特 征是在边界外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段，因金属波导管的尺寸太小而使损 耗加大和制造困难。这时使用表面波波导，除具有良好传输性外，主要优点是结构简单，制作容易，可具有集成 电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有：介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。
圆
圆波导中也可以存在无限多个TMmn和TEmn模，m，n分别表示场沿圆周和径向的变化次数。圆波导中只存在 TM0n，TMmn（m，n=1，2，…），TE0n和TEmn（m，n=1，2,…）模。圆波导中截止波长最长的主波是TE11模，其 截止波长λc=3. 41a（a为波导象为沿Z字形路径在波导中行进，在波导的壁之间来回反射。对于矩形波导的特 殊情况，可以立足于这种观点的精确分析。在介质波导中的传播也可以同样的方式看待，波被电介质表面的全内 反射限制在电介质的内部。一些结构，如无辐射介质波导和高保线，使用金属壁和电介质表面来限制波。
心脏正常超声表现
剑下四腔心
•
此图的意义与前述的心尖部
四腔心图相似，但重点观察
以下内容：
•
观察房间隔的连续性，有无
中断及其部位、类型和长度。
•
房间隔向何侧膨胀突出，有
无波动及其与心脏舒缩的关
系。
•
室壁特别是心尖区的活动状
态，有无减低或矛盾运动以
及局限性室壁膨出。
•
肺静脉回流的入口部位及其
与左房的关系，亦可观察上
腔静脉与右房的连接关系。
动异常；
•
注意左室后壁房室交界处的冠状窦有无增粗；
•
观察心内有无异常放射，如粘液瘤、血栓、
左室的异位腱索及三心房心的隔膜等；
•
心外有无异常反射，如心包积液与肿物等；
•
测定心腔直径大小，计算容量与心脏排血功
能等。
心脏常用超声切面
心底短轴切面 （大动脉短轴切 面）
探头置于胸骨左缘第 二、三肋间，心底大 血管的正前方，探查 平面与左腰、右肩方 向平行。
无二叶或四叶畸形。
•
观察三尖瓣及肺动脉瓣的形态及活动形态。
•
注意肺动脉干有无增宽或狭窄，左右分支
的内径、位置有无异常。
•
左、右冠状动脉显示是否清晰，主干有无
狭窄，有无动脉局限性扩张。
1. 主动脉根部与肺动脉间有无瘘管，肺动脉 分支与降主动脉间有无交通。
心脏常用超声切面
左室短轴切面
二尖瓣水平切面 1
正常心脏超声表现
01
心脏常用超声切面
02
正常M型超声心动图
03
心脏正常血流频谱特点
04
心脏功能测定
心脏常用超声切面
探头置于胸骨左缘第三、四肋间， 探头上标点指向9-10点钟，探 测平面与右肩、左腰方向平行， 使声束沿室间隔方向垂直下切。
01X射线的产生与性质
X2. X-射线的本质
“劳顾实验的伟大意义在于它一箭双雕地证明了X-射线的波动性本 劳顾实验的伟大意义在于它一箭双雕地证明了X 质及晶体结构排列的周期性质” 质及晶体结构排列的周期性质” — 柯列迪
X-射线的本质是一种电磁波，它具有波粒二象性。 射线的本质是一种电磁波，它具有波粒二象性。 射线的本质是一种电磁波 波动性：X-射线以一定的频率和波长在空间传播，在传播过程中能发生干 涉、衍射现象。 粒子性：X-射线是由大量以光速运动的粒子（光量子）组成的粒子流，具 有一定的质量、动量和能量 波动性与粒子性的联系: 波动性与粒子性的联系
劳厄这里提到的厄瓦尔德后来也成了X射线学的专家。在那本纪念X射线衍射 50周年的文集中，厄瓦尔德以第三人称回忆往事，写道： “劳厄建议他们第二天在研究所碰头，去他家里在晚饭前后讨论。他们按 约会面，步行穿过鲁德威希（Ludwig）大街后，厄瓦尔德开始向劳厄一般性地介 绍他正在从事的课题，因为，出乎他的意料，劳厄对这方面并不了解。他向劳厄 解释，他是怎样仿照色散的一般理论假设在点阵排列中振子的位置。劳厄反问他 为什么要这样假设。厄瓦尔德回答说，人们认为晶体具有这种内部的规律性。看 起来劳厄对此感到新奇。这时他们已经进入花园。劳厄问道：“振子之间的距离 多大？”对此，厄瓦尔德回答说，比起可见光来小得多，也许只有波长的1/500或 1/1000，不过精确数值还给不出，因为结构理论中粒子的性质尚未搞清楚，不过， 对于他的课题，精确距离无关紧要，只需知道是波长的很小分值就够了。 “接着厄瓦尔德解释他处理这个问题的方法，把主要问题留待饭后再谈。到 时候，他却发现劳厄听讲心不在焉，劳厄又一次问振子之间的距离，当得到相同 的回答时，劳厄问道：假如用短得多的波穿越晶体，会怎样呢？”
ε = hν =
Ch2 流体中声波-01 基本概念
第二章流体中声波的基本性质第二章流体中声波的基本性质¡流体中的波动方程, 平面波¡能量、声压级、边界条件¡声波垂直入射和斜入射两种流体界面¡非均匀波、声波垂直透过中间层¡矩形声波导¡柱面波，圆柱波导¡球面波、点声源¡偶极源、相控线阵声源¡活塞型声源的辐射特性¡活塞源轴线上的远近场临界距离§2-1 概述¡振动是如何在媒质中传播的？¡用哪些物理量描述流体中的声传播？¡流体中声传播满足什么规律？本章将重点讨论：声波传播的定性认识纵波的传播质点的振动方向与波的传播方向相同可以存在于流体和固体介质中。
声波传播的定性认识横波的传播质点的振动方向与波的传播方向垂直.一般来说，在固体介质中才存在横波。
弹性波存在的条件¡弹性媒质的存在是声波传播的必要条件™气体、流体和固体等介质都是连续弹性介质；™连续媒质：由无限多连续分布的物质点所组成的介质.™这里所谓质点只是宏观上是足够小、以至各部分物理特性可看作是均匀的一个小体积元, 在微观上却仍包含大量数目的分子.显然这样的质点(媒质微团) 既具有质量又具有弹性.¡弹性波波源(声源)§2-2 基本概念¡连续媒质¡声压¡密度¡理想流体等(描述流体中声传播的物理量和基本概念)描述声场(声波过程)的物理量¡连续媒质¡声压¡密度¡位移¡振速¡加速度¡…1. 连续媒质¡由无限多个连续分布的物质点所组成的介质.¡各质点之间相隔很近，以至于一个质点的运动必然影响相邻的质点，即认为媒质中各质点是连续分布的。
¡当然这里所谓质点只是宏观上是足够小、以至各部分物理特性可看作是均匀的一个小体积元, 实际上质点在微观上却仍包含大量数目的分子.¡这样的质点(媒质微团) 既具有质量又具有弹性.2．声压因为声传播过程中,在同一时刻,不同体积元内的压强P 都不同; 对同一体积元,其压强P 又随时间而变化;所以声压p (瞬时声压),一般是时间和空间的函数, 即设流体体积元受声扰动后压强由P 0改变为P ,则由声扰动产生的逾量压强(简称逾压)就称为声压.声场: 存在声压的空间称为声场P P p −=),,,(t z y x p p =3．密度的变化量类似地，由声扰动引起的密度的变化量'ρρρ−=也是空间和时间的函数,即()t z y x ,,,''ρρ=也可以用来描述波动过程.4．质点(小体元）的振动速度既然声波是媒质质点振动的传播, 那么媒质质点的振动速度自然也是描述声波的合适的物理量之一。
工程声学前沿讲座chap01_声波的基本概念
2008-12-4§1.1声波的性质Properties of sound waves第一章声波的基本特征Chapter 1 Characteristics of Sound§1.2一维声波的传播One dimensional soundpropagation声波（acoustic wave）声波是一种机械振动的传播现象。
它的传播过程总与某种弹性介质相联系。
两个条件：１）声源２）弹性介质两个特点：１）能量传播到远离声源的地方２）传播介质没有随之运动也没有固定的位移2008-12-42008-12-4传播介质（medium ）:两个性质：１）惯性(inertia)：介质之间交换动量２）弹性(elasticity)：趋于恢复到平衡状态流体微团质点( particle)（a –分子间距离，l –声波特征长度）2008-12-4Transverse Waves纵波Longitudinal Waves横波2008-12-4Rayleigh surface wavesWater Waves（clockwise circles ）(counter-clockwise ellipse)水波瑞利固体表面波声波的传播过程物理过程：局部的压力变化→该处流体微团的压缩（compression）或稀疏（rarefaction）→导致进一步压力的的变化→·······→声波的传播2008-12-41.2.1传播介质声波传播介质假设:1）理想气体(ideal gas)2）完全弹性(perfectly elastic)3）均匀(homogeneous)且各向同性(isotropic)4）无粘(inviscid)5）绝热(adiabatic)可逆(reversible)6）重力影响忽略7）波动足够小，近似线性2008-12-4(displacement)假设压力为密度的函数，可得由泰勒展开得得2008-12-4忽略高阶小量，得忽略即2008-12-4两类速度1.2.4流体质点速度(fluid particle velocity)：随着动量的传递，每个质点在它的平衡位置以简谐振荡的方式来回运动。
波的性质和声音传播
声音的传播速度
声音传播速度与介质有关，在固体中传播最快，其次是液体，最后是气 体。
声音在真空中的传播速度是最快的，为343米/秒。
声音在不同介质中的传播速度不同，但都随着温度的升高而增大。
声音的传播速度还受到声源和接收器距离的影响，距离越远，传播速度 越慢。
声音的传播介质
固体：声音通过固 体传播时，速度较 快，能够传递更多 的信息
声波的应用
声音信号传输
声波在通信中的 应用，如电话、 广播和电视
声波在医学领域 的应用，如超声 波诊断和声波治 疗
声波在军事领域 的应用，如声呐 和声音武器
声波在环境监测 中的应用，如声 音传感器和噪声 控制
声音传感器
声波传感器是一种能够将声音信号 转换为电信号的装置，广泛应用于 声音检测、语音识别等领域。
波的性质和声音传播
汇报人：XX
波的性质 声音传播 声波的特性 声波的应用 声波的传播规律
波的性质
波动现象
波动现象的定义和分类 波动的基本特性：振动、传播和干涉 波动方程和波动速度 波动在声学、电磁学等领域的应用
波的分类
机械波：由物体振 动产生的，如声波、 水波
电磁波：由电磁场 变化产生，如无线 电波、光波
声波的干涉和衍射
干涉：当两个或多个 声波相遇时，它们会 相互叠加，形成加强 或减弱的现象，从而 影响声波的传播。
衍射：声波遇到障碍 物时，会绕过障碍物 继续传播的现象，这 是声波的波动性质所 决定的。
衍射现象在日常生 活中比较常见，比 如我们常说的回声 ，就是声波在传播 过程中遇到障碍物 后返回形成的现象 。
声波的传播规律
声波的反射和折射
声波遇到障碍物时会 发生反射，反射波与 入射波的传播，会发 生折射，折射角与入 射角和介质间的关系 有关
物理波的类型与特性
物理波的类型与特性在物理学中，波是一种传递能量的方式。
物理波可以分为横波和纵波两种类型，它们具有不同的特性和传播方式。
一、横波横波是指波动方向与能量传播方向垂直的波动。
典型的横波包括电磁波和水波。
1. 电磁波电磁波是由电场和磁场相互作用形成的一种波动。
光波和无线电波都属于电磁波的范畴。
电磁波具有以下特性：（1）电磁波无需介质传递，可以在真空中传播；（2）电磁波具有波长和频率的关系，其波长越长，频率越低，能量越小；（3）电磁波可以被透射、反射和折射。
2. 水波水波是指在液体或水面上传播的波动现象。
水波具有以下特性：（1）水波需要介质传递，一般在水中传播；（2）水波有波长和频率之间的关系，波长越长，频率越低，能量越小；（3）水波可以通过干涉和衍射现象来解释。
二、纵波纵波是指波动方向与能量传播方向相同的波动。
声波是最常见的纵波。
1. 声波声波是由物质分子的压缩和稀疏引起的纵向波动。
声波具有以下特性：（1）声波需要介质传递，需要通过物质的分子振动传播；（2）声波有波长和频率之间的关系，波长越长，频率越低，能量越小；（3）声波可以被吸收、折射和干涉。
总结：物理波的类型包括横波和纵波。
横波是波动方向与能量传播方向垂直的波动，电磁波和水波是典型的横波。
电磁波无需介质传递，在真空中传播，并具有波长和频率之间的关系。
水波需要介质传递，在水中传播，并可以通过干涉和衍射现象来解释。
纵波是波动方向与能量传播方向相同的波动，声波是最常见的纵波。
声波需要介质传递，并具有波长和频率之间的关系，可以被吸收、折射和干涉。
通过对物理波的类型与特性的了解，我们可以更好地理解和应用波动理论。
波动现象在自然界和工程应用中都具有重要的作用，对于进一步研究和应用物理学有着重要意义。
声波的特性与声音的频率分析
音色合成与修改的应用：音乐制作、 声音设计、音频处理等
04 声音的录制与处理
声音的录制技术
模拟录音：使用磁 带等模拟介质记录 声音
数字录音：使用数 字介质和设备记录 声音
采样率：数字录音 中以每秒采样的次 数表示声音的清晰 度
常温下，声波在空气中的传播速度 为343米/秒。
添加标题
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声波在固体中传播速度最快，液体 次之，气体中声波传播速度最慢。
声波在传播过程中遇到障碍物时， 会发生反射、折射和衍射等现象。
声波的振幅
定义：声波振幅是指声波在一定时间内波动的最大位移量 影响因素：声波的振幅与声源的振动幅度、介质的性质和温度等因素有关 测量方法：通过测量声波的电压或电流幅度来间接测量声波的振幅
声音的稳定性：反映声音的平 衡和和谐程度
声音的频谱分析
定义：将声音信号分解成不同频率的成分，并分析其振幅和相位。 目的：了解声音的组成和特性，用于声音处理、语音识别等领域。 方法：通过傅里叶变换等方法将时域信号转换为频域信号，再进行分析。 应用：音乐制作、声音美化、语音识别等。
声音的噪声分析
定义：声音的噪声是指与所需信号无关的干扰信号 分类：自然噪声和人为噪声 测量方法：通过声级计等设备进行测量 分析方法：频谱分析、统计分析等
音色的组成与特性
音色是由泛音和基音组成的 音色的特性包括清晰度、丰满度、柔和度和圆润度等 不同乐器和人的声音具有不同的音色特点 音色可以用于区分不同的声音来源和情感表达
音色的感知与评价
音色的定义： 声音的品质， 由基频和谐波
共同决定
音色的感知： 人耳对音色的 主观感受，受 到声音的响度、 持续时间等因
工业炸药专用术语
工业炸药专用术语一般术语01冲击波shock wave在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后缓慢下降特征的一种高强度压力波。
02空气冲击波air blast;air concussion在空气中传播的冲击波。
03空气冲击波集中air blast focusing由于声波从空气返回到地面的折射作用，而在地表小范围内形成的声能量的集中。
这常常发生在特定的气象条件下，如逆温现象。
04C-J面C-J plane；Chapman-Jouguet plane在 C-J 假设的模型中，爆轰化学反应区的末端面。
05爆炸状态explosion state爆炸时爆轰区后面与压力和温度有关的物理条件。
06爆炸效应explosion effect炸药爆炸施于物体荷载使之破坏的效果。
包括爆炸冲击波的作用效果和爆生气体在高温下的膨胀效果。
前者称为炸药的动效应；后者称为炸药的静效应。
两者构成了炸药的爆炸威力。
07爆轰压力detonation pressure炸药爆轰时爆轰波阵面中， C-J 面中所测得的压力。
08爆炸压力explosion pressur；eborehole pressure又称“炮孔压力”，爆轰气体产物膨胀作用在孔壁上的压力。
09爆速detonation velocity爆轰波沿炸药装药传播的速度，通常以km/s 或m/s 表示之。
一种炸药的爆速取决于其类型、密度、粒度、直径、包装、约束条件和起爆性能。
爆速可在约束或非约束条件下测出。
低威力炸药的爆速介于1500～2500m／s，高威力炸药的爆速介于 2500～7000m／s。
10 炸药燃烧combustion of explosives炸药不仅能爆炸，而且在一定条件下，绝大多数炸药都能够稳定地燃烧而不爆炸。
当然，炸药燃烧， 经过一段时间后转化为爆炸的现象也是可能的。
因起爆条件不良而造成的炸药燃烧，对于有大量可燃气体 存在的井下煤矿是很危险的。
11(绝对)体积威力 (absolute)bulk strengt ，hABS ；(absolute)volume streng ，t hAVS指单位体积炸药的作功能力，单位为 M J ／m 3。
高等物理光学课件-平面波
衍射现象遵循惠更斯-菲涅尔原理，即波前上的每一点都可看作是新的波源，发出次波。这些次波在空间中叠加， 形成衍射现象。衍射规律包括衍射角与波长、障碍物尺寸的关系等。在实际应用中，衍射现象对于光学仪器的分 辨率、成像质量等方面具有重要影响。
03 平面波在晶体中传播特性
晶体结构对平面波影响
晶体结构周期性
应用前景
随着信息社会的不断发展，人们对通信速度 和容量的需求不断提高。光纤通信技术作为 未来通信发展的主要方向之一，将在宽带接 入、数据中心、物联网等领域发挥越来越重 要的作用。同时，随着新材料、新工艺和新 技术的不断涌现，光纤通信技术的性能和应
用范围也将不断拓展。
06 总结与展望
平面波在物理光学领域重要性
平面波特点
平面波的等相位面是平面，等相位面上各点振动相位相同，振幅相等，传播方 向垂直于等相位面。
波动方程与解析式
波动方程
描述平面波传播的数学表达式称为波动方程。对于单色平面波，其波动方程可表示 为∇²E - (1/c²)∂²E/∂t² = 0，其中E为电场强度矢量，c为光速。
解析式
平面波的解析式可表示为E(x,y,z,t) = E₀cos(ωt - k·r + φ₀)，其中E₀为振幅矢量，ω 为角频率，k为波矢，r为位置矢量，φ₀为初相位。
振幅、频率、波长等参数
01
02
03
振幅
平面波的振幅表示波的振 动强度，通常用电场强度 矢量的模来表示。振幅越 大，波的振动越强。
频率
平面波的频率表示单位时 间内波振动的次数，用赫 兹（Hz）表示。频率越高， 波的振动越快。
波长
平面波的波长表示波在一 个振动周期内传播的距离， 用米（m）表示。波长越 长，波的传播速度越快。
弹性波
应力波
应力波是应力和应变扰动的传播形式，弹性波是应力波的一种，即扰动或外力作用引起的应力和应变在弹性 介质中传递的形式。弹性介质中质点间存在着相互作用的弹性力。某一质点因受到扰动或外力的作用而离开平衡 位置后，弹性恢复力使该质点发生振动，从而引起周围质点的位移和振动，于是振动就在弹性介质中传播，并伴 随有能量的传递。在振动所到之处应力和应变就会发生变化。弹性波理论已经比较成熟，广泛应用于地震、地质 勘探、采矿、材料的无损探伤、工程结构的抗震抗爆、岩土动力学等方面。
图一
反射折射
弹性波到达界面后，一部分返回到原来的弹性介质内，即发生反射现象；另一部分穿过界面进入相邻的另一 弹性介质内，即发生折射现象。在同一弹性介质中，介质本身不均匀引起的弹性波传播方向改变也称为弹性波的 折射（若传播方向改变后与原来的传播方向相反则为反射）。纵波入射到平面交界面上会产生一个反射纵波和一 个反射横波；横波入射到平面交界面上，也会发生同样的现象。
绕射
弹性波在传播过程中遇到障碍物边缘或孔洞时所发生的弯折现象称为波的绕射。障碍物或孔洞越小，波长越 长，则绕射现象越显著。绕射现象反映出波的特性。在地震学中，研究震源附近区域内弹性波的传播时需要考虑 波的绕射。
研究
弹性波传播问题的研究可分为理论研究和实验研究两方面。
Brugada波和Brugada综合征
Brugada波的分类
I型
ST段呈穹窿型抬高，T波倒置。
II型
ST段呈马鞍型抬高，T波倒置。
III型
ST段呈穹窿型抬高，T波直立。
Brugada综合征
由于基因突变导致离子通道功能异常， 引起Brugada波并增加心脏猝死的风 险。
02 Brugada综合征
3
确诊Brugada综合征需要满足一定的条件，包括 家族史、心电图特征性表现以及排除其他心脏疾 病等。
Brugada波的鉴别诊断
01
02
03
Brugada波应与其他原 因引起的心电图异常进 行鉴别，如心肌缺血、 心肌炎、心脏肥大等。
鉴别诊断时应综合考虑 患者的临床表现、家族 史、心电图特征及其他 相关检查结果，以明确
诊断。
对于疑似Brugada综合 征的患者，应进一步进 行遗传学检测和基因分
析，以明确病因。
05 Brugada综合征的治疗与 管理
药物治疗
药物治疗是Brugada综合征的常用治疗 方法之一，主要用于缓解症状和预防心 律失常的发作。
常用的药物包括钠通道阻滞剂、钾通道阻滞 剂和抗心律失常药物等，这些药物可以降低 心肌细胞的兴奋性和传导性，从而减少心律 失常的发生。
研究表明，Brugada波可见于约1%-3%的健康 人群，但仅在有家族史的患者中，Brugada波 才与Brugada综合征相关。
尽管Brugada波可在没有症状的人群中发现， 但当它与家族史结合时，应高度怀疑Brugada 综合征的存在。
遗传因素
01
Brugada综合征是一种遗传性疾病，由SCN5A基因突变引起， 该基因编码心脏钠通道蛋白。
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11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
成绩评定
平时作业，10％ 课堂讨论，10% 专题研究，15% 两次测验，20% 期中考试，15% 65% 35%
期末考试，30％
10
U 0e
j kz 0 u
复数 U 的模 |U| = U0，相位
u z kz 0u
29
11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
时谐标量波的复数表示
u(z, t) 与 U 对应的意义是，U 乘 ejt 取实部，就得到u(z, t) ，即
j t u z , t Re U e
Re U e
0
ju z Re U 0 e e jt j kz 0 u
e j t
式中，Re[]表示对[ ]中的复量取实部运算。为简化书写，符号
j t Re e 常略去，用复数 U 等效于时谐标量波 u(z, t) ，
因为
jt u z, t v z, t Re U V e
31
11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
时谐标量波复数表示的微分、积分运算规则
u z, t jU t
因为
U u z, t dt j
u z, t ju j t U 0 sin t kz 0u Re j U e e 0 t U 0 sin t kz 0u U 0e j e jt Re u z, t dt j
波的振荡源频率决定。
在已知的情况下，描述波特征的 物理量主要是波的传播常数k，它 决定了波的波长及波传播的速度。
dz v dt k
k
2π
23
2πf
v fλ
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电磁波可以用波长或频率区分
频率常用单位 名 称 千赫（kilohertz） 兆赫（megahertz） 吉赫（gigahertz） 太赫（Terahertz） 皮赫（Petahertz） 简 写 kHz MHz GHz THz PHz 与 Hz 的关系 103 106 109 1012 1015
– 场的问题转化为路的问题
麦克斯韦方程组
– 一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程
电磁波的传播特性
– 在各种介质中的传播 – 在波导中的传播 – 反射 、折射、透射
谐振器和天线
2
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教学安排（一）
课程概述、波的基本特征，1次课 传输线理论，3次课
A z , t A0 cos t kz
k 2π , 由此得到
2π k
k为2距离内包含的波数，或2距离 内包含的空间周期数，即 2π
k
空间域中波长λ、波数k与时间域中周 期T、角频率是等价的。
21
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– 平面波 – 课堂讨论 – 平面波在各向异性介质中的传播 – 课堂讨论
波的反射与折射，2次课
– 波的反射与折射 – 课堂讨论
单元复习、专题研究讨论，1次课 期中考试
– 安排在考试周，一纸开卷，内容第1、2、3、4、5章
4
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教学安排（三）
波导，6次课
– 电波传播
单元复习、专题研究讨论，1次课 总复习专题研究结题汇报，1次课
6
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作业、测验、考试
作业
– 次周三上课前（13：15前）交。迟卷），第1、2、3章 – 期中考试（一纸开卷）， 第1-5章 – 测验二（闭卷）， 第6章 – 期末考试（开卷，只能带课本），第1-8章
7
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专题研究、课堂讨论
专题研究
– 针对某一电磁学概念作深入的阐述 – 基于电磁波理论针对某一问题作深入的分析 – 事先列提纲，经过教师同意 – 格式严格按要求（网上下载模板）
课堂讨论
– 针对课堂上的概念理解、习题解答作阐述 – 自制多媒体演示
8
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– 传输线方程
– Smith圆图和阻抗匹配
– 课堂讨论
Maxwell方程，3次课
– Maxwell方程 – 电磁场基本定理 – 课堂讨论
单元测验、专题研究布置，1次课
– 3月21日，周五，闭卷测验，内容第1、2、3章
3
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教学安排（二）
平面波，4次课
波长常用单位 名 称 千米（kilometre） 毫米（millimetre） 微米（micrometre） (or micron) 纳米（nanometre）
24
简 写 km mm m nm
与 m 的关系 103 10-3 10-6 10-9
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25
波的速度
设想有一个人站在波峰上，此人
Az, t A0 cost kz 0
随着波峰前进的速度即波的速度，
这就要求cos(t–kz)是常数，或 者波的相位是常数：t–kz = 常 数
dz v 所以波传播速度就是 dt k 2π 2 π f 因为 ，而 k ，
表示2时间长度内包含的时间周期数。
20
1 ，单位为赫兹（Hz）。 T 2π
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空间域中看波
固定时间t，观察A随z的变化 t = 0, /2, （或t = 0, T/4, T/2) 三 个时刻A随空间z的变化。 A在z方向也是周期变化的。 相位变化2的距离称为波长，即
B 0
随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场
13
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波动
14
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一维波，二维波与三维波
15
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电磁波
Az, t A0 cost kz 0
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成绩覆盖
期中考试成绩可覆盖测验一成绩 期末考试成绩可覆盖期中考试和二次测验成绩
例：
– 某同学测验一80分，期中考90分，则第一次测验也按90分记 – 某同学测试一80分，期中考90分，测试二85分，期末考95分，
则四次成绩均按95分记
– 某同学测试一80分，期中考90分，测试二85分，期末考88分， 则四次成绩分别按90，90，88，88分记
即
u z, t U U 0e ju U 0e
30
j kz 0 u
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时谐标量波复数表示的加法运算规则
如果 u z, t U 0 cos t kz 0u
u z , t U U 0 e j u
A0 称为波的振幅
E H k
称为角频率
k 称为波的传播常数
2 f k c c
（t–kz + 0）称为波的相位
2
0 称为波的初相
16
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纵波与横波
电磁波是横波
17
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传播方向
18
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Lesson 1
Electromagnetic Fields and Waves
波的基本特征
章献民
zhangxm@ 2014年3月19日星期三
1
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课程简介
讲述电磁运动的基本规律及其应用。 传输线理论
13 Jun 1831- 5 Nov 1879
1873，《A Treatise of Electricity and Magnetism》
12
11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
随时间变化的电场、磁场耦合在一起
E
B t
H J
D t
D V
u z kz 0u
时谐标量波可用复数表示
u z , t U 0 cos t kz 0u U 0 cos t u ( z )
– 表示”的意义是，电压波 u(z, t) 与一个复数 U 对应
复数 U 的定义是
U U 0e
ju z
所以 v = f。
在真空中v等于光速c，即 c = f
22
11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
波的速度
如果式中相位表达式为
Az, t A0 cost kz 0
t kz 0
则表示沿–z方向传播的波。 表示波动的两个主要参数由激励
11
11120010 · 电磁场与电磁波 · 章献民
Maxwell’s Prediction
And Maxwell said,
B E t
D H J t
James Clerk Maxwell
D V
B 0
and then there was light.