驻波知识点
普通物理学-机械波-2-6-驻波
2– 6 驻 波
第2章 机械波
当波从波密介质垂直入射到波疏介质， 被反射
到波密介质时形成波腹。入射波与反射波在此处的 相位时时相同，即反射波在分界处不产生相机械波
四、驻波的能量
位移最大时
波 节
x
dWp
(y )2 x
波
腹
x
A B C 平衡位置时
第2章 机械波
2）相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节
π 两侧振动相位相反，在波节处产生 的相位跃变 。
（与行波不同，无相位的传播）。
y 2Acos2π x cos2π t
例 x 为波节
4
y
2
2
o
x
cos2π x 0, x ,
44
y 2Acos 2π x cos 2π t
（4）驻波中驻波中各质点同时达到各自的最大位移，同时经 过各自的平衡位置，因此我们称驻波各质点作同步振动。
（5）没有振动状态或相位的逐点传播，即没有“跑动”的波 形，也没有能量的传播。
2– 6 驻 波
驻波的形成
第2章 机械波
2– 6 驻 波
第2章 机械波
二、驻波方程
正向
y1
A c os2π
(t
x
)
负向
y2
A c os2π
(t
x)
y y1 y2
Acos2π (t x ) Acos2π (t x )
2 Acos2π x cos2π t
驻波的振幅 与位置有关
各质点都在作同 频率的简谐运动
2– 6 驻 波
第2章 机械波
讨论 ➢ 1）振幅
驻波方程 y
生活中的驻波
生活中的驻波 1、 琴弦 由于弦线两端为波节，所以，应满足下列关系：,1,2,3, (2)==l n n λ 则 2=n l nλ 两端固定的弦中激起的驻波，其波长不是任意的.必须满足上述条件.由于 n 是自然数，波长为一系列分立值（波长量子化）. 由 =u νλ 及 =T u ρ 得 2=n n T l νρ（ 1,2,3,...=n ） 即弦线上形成的驻波波长、频率均不连续。
这些频率称为弦振动的本征频率，对应的振动方式称为该系统的简正模式（Normal mode).系统究竟按那种模式振动，取决于初始条件。
一般是各种简正模式的叠加.在有界弦上，之所以只存在一些特定的振动模式，是边界条件要求的结果.振动的简正模式演示 ：两端固定的弦线形成驻波时，波长n λ和弦线长l 应满足2n n l λ=，),2,1(2Λ==n lu n n ν 由此频率决定的各种振动方式称为弦线振动的简正模式.2.空气柱的振动当声波被限制在管子、圆筒或共它空腔内部时，可以获得共振。
形成的稳定驻波则由管端情况（边界条件）决定.管乐器分为开管、闭管两种，频率主要由管长决定.改变指位就是调节管长.美图欣赏：移动48个Fe原子形成“量子围栏”电子“驻波”清晰可见谈谈乐器的音调和音色.音调弦乐器的几根弦质量密度ρ不同，ρ越大，发出的音调就越低.如低音贝斯用很粗的牛筋或干脆用簧作弦.演奏准备时调弦，改变张力 T 的大小，张力越大音调越高.演奏过程中，演员不断变换指位奏出不同的音符，那是在改变弦长l .l 越短，音调越高，小提琴内弦的最低几个指位上能发出非常尖锐的高音调.音色不同乐器尽管它们奏出相同的音调，但仍发出不同的声音，我们很容易将它们区分出来。
这是因为它们的音色不同.每个人讲话的音色也不相同，各有各的特征，就像指纹一样.配音演员的幕后表演，我们一下就能辨认出来.声音辨认已经作为重要的侦察手段，其结论与指纹辨认一样具有同等的法律效力.不同的音色由什么决定呢？见下：2=n n l ν ,(1,2,3,...=n ) 1ν—基频, 212=νν—第二谐频,…只有基频的音响称为“纯音” —听上去单调、干涩; 含有谐频的音响称为“泛音” —听上去丰满、圆润 .一般情形，弦上能激起的驻波可以是基频的驻波和各次谐频的驻波的叠加。
第五节 驻波
§ 9.5 驻波驻波(standing wave)：波形不传播，媒质质元的一种集体振动形态。
一、驻波的形成驻波是由两列 频率相同、振动方向相同、且振幅相等，但传播方向相反的行波叠加而成的。
图中红线即驻波的波形曲线。
可见，驻波波形原地起伏变化。
即驻波波形不传播这是“驻”字的第一层含义。
二、驻波表达式 两列行波的表达式 正向驻波的形成11cos 2π()x y A t νφλ=-+反向适当选择坐标原点和时间零点，使 ϕ1、ϕ2均等于零，则表达式变为 两行波叠加得驻波表达式：三、驻波的特点1 频率特点：由图及式知，各质元以同一频率作简谐振动。
2 振幅特点：(1)各点的振幅|2A cos kx |和位置x 有关，振幅在空间按余弦规律分布。
(2)波节：有些点始终静止，这些点称作波节(node)。
波节处，由两列波引起的两振动恰好反相，相互抵消，故波节处静止不动。
由cos 2π/x ＝0得波节位置，两相邻波节间的距离为 λ /2。
(3)波腹：有些点振幅最大，这些点称作波腹(antinode)。
波腹处，由两列波引起的两振动恰好同相，相互加强，故波腹处振幅最大。
由|cos kx |＝1得波腹位置，两相邻波腹间的距离亦为 λ /2。
3 相位特点驻波波形曲线分为很多“分段”(每段长λ/2)，同一分段中的各质元振动相位相同；相邻分段中的质元振动相位相反。
驻波相位不传播()m210,1,02im x k k A λ'=±+== 22cos 2π()xy A t νφλ=-+2cos 2π()xy A t νλ=+2cos 2πcos 2πxA tνλ=12y y y =+cos 2π()cos 2π()x xA t A t ννλλ=-++1cos 2π()xy A t νλ=+max0,1,22x kk A A λ'=±==这是“驻”字的第二层含义。
例： 为波节结论相邻波节间的各点同相 ,波节两边的各点振动反相 4 能量特点驻波的能量被“封闭”在相邻波节和波腹间 的λ/4的范围内，在此范围内有能量的反复 流动，但能量不能越过波腹和波节传播。
6驻波
l = n
千斤
λ
2
n = 1, 2 , ⋯
波速 u =
nu 频率 ν = = λ 2l
u
T
ρ
l
码子
1 基频 n = 1 ν 1 = 2l
T
n 谐频 n > 1 ν n = 2l
ρ T
= 262 Hz
ρ
± ( k + ) k = 0,1,⋯ Amin = 0 2 2 相邻波腹 波腹（ 相邻波腹（节）间距 = λ 2
波节
而异， 与时间无关. 随 x 而异， 与时间无关
相邻波腹和波节 相邻波腹和波节间距
=λ 4
3）相位分布 相邻两波节之间质点振动同相位，任 ） 相邻两波节之间质点振动同相位， 一波节两侧振动相位相反， 波节处产生 一波节两侧振动相位相反，在波节处产生 π 的相位 跃变 .（与行波不同，无相位的传播）. （与行波不同，无相位的传播）
一端固定一端自由 一端固定一端自由 固定一端 的弦振动的简正模式
l=n
λn
2
n = 1, 2,⋯
l=
1 λn l = (n − ) n = 1,2,⋯ 2 2
λ1
2
l=
λ1
4
2λ 2 l= 2
3λ3 l= 2
3λ2 l= 4 5λ 3 l= 4
讨论 如图二胡弦长 l = 0.3 m ，张力 T = 9.4 N . 密度 ρ = 3.8 × 10 −4 kg m . 求弦所发的声音的基频和谐频 求弦所发的声音的基频和谐频. 弦两端为固定点，是波节. 解 ：弦两端为固定点，是波节
四、振动的简正模式
两端固定的弦线形成驻波时， 两端固定的弦线形成驻波时，波长 λn 和弦线长 l 固定的弦线形成
大学物理：Chapter 13-驻波
2
2
A驻 cos ( t )
A驻
2 Acos (2 x 2 1 ) 2
★ 说明：
(1) A驻 是 x 的周期函数，决定 x 处质点的振幅。
(2) (t ) 决定 x 处质点的振动状态。
(3) 各点作频率相同、振幅不同的谐振动。
(4) 方程中不含 (t x u) 项，非行波，没有波形的传播。
无半波损失时，应满足：
t kx0 0反 t kx0 0入
0反 0入 2kx0
有半波损失时，应满足：
t kx0 0反 t kx0 0入 0反 0入 2kx0
驻波在生活中的 应用
• 首先举几个生活中常见驻波的例子： • 以弦乐器的弦来说明。当拨动琴弦，产生一个波，遇到两
无半波损失时，
若入射波函数为：u入 ( x , t ) A cos(t kx) 则反射波函数一定为：u反 ( x , t ) A cos(t kx)
若入射波函数为：u入 ( x , t ) A cos(t kx 0 )
则反射波函数一定为：u反 ( x ,t ) A cos(t kx 0 )
解： (1)
y入
A cos
2
(
t T
x
)
入射波 O
反射波
P
波密 介质
x
y入O
A cos
2
t T
L = 5λ
波由O 传至P 再返回O ，引起O 点振动相位比 y入O 落后了：
2
2L
由半波损失引起的相位差
所以反射波在O点的振动方程为：
y反O
A cos[ 2
t T
(2
2L
)]
Acos[2 t (2 10 )] Acos[2 t 21 ]
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驻波详细资料大全驻波（stationary wave）频率相同、传输方向相反的两种波（不一定是电波），沿传输线形成的一种分布状态。
其中的一个波一般是另一个波的反射波。
在两者电压（或电流）相加的点出现波腹，在两者电压（或电流）相减的点形成波节。
在波形上，波节和波腹的位置始终是不变的，给人“驻立不动的印象，但它的瞬时值是随时间而改变的。
如果这两种波的幅值相等，则波节的幅值为零。
基本介绍•中文名：驻波•外文名：stationary wave (standing wave)•套用学科：物理•特点：波面水平时，流速绝对值最大使用,特性,产生驻波的条件,特点,举例,套用,驻波比,使用由于节点静止不动，所以波形没有传播。
能量以动能和位能的形式交换储存，亦传播不出去。
驻波测量两相邻波节间的距离就可测定波长。
各种乐器，包括弦乐器、管乐器和打击乐器，都是由于产生驻波而发声。
为得到最强的驻波，弦或管内空气柱的长度L必须等于半波长的整数倍，即，k为整数，λ为波长。
因而弦或管中能存在的驻波波长为kλ/2，相应的振动频率为2*3.14u/λ，υ为波速。
k=1时，称为基频，除基频外，还存在频率为kn1的倍频。
特性入射波（推进波）与反射波相互干扰而形成的波形不再推进（仅波腹上、下振动，波节不移动）的波浪，称驻波。
驻波多发生在海岸陡壁或直立式水工建筑物前面。
紧靠陡壁附近的海水面随时间虽作周期性升降，海水呈往复流动，但并不向前传播，水面基本上是水平的，这就是由于受岸壁的限制使入射波与反射波相互干扰而形成的。
波面随时间作周期性的升降，每隔偶数个半个波长就有一个波面升降幅度为最大的断面，称为波腹；当波面升降的幅度为0时的断面，称为波节。
相邻两波节间的水平距离仍为半个波长，因此驻波的波面包含一系列的波腹和波节，腹节相间，波腹处的波面的高低虽有周期性变化，但此断面的水平位置是固定的，波节的位置也是固定的。
这与进行波的波峰、波谷沿水平方向移动的现象正好相反，驻波的形状不传播，故名驻波。
5驻波
1
•如果 •如果
2
2u2 1u1 2u2 1u1
界面处出现半波损失；则介
质1称为波疏媒质，介质2称为波密媒质。 界面处不出现半波损失；则介 质1称为波密媒质，介质2称为波疏媒质。
2.相位突变
界面处为波节时，反射波相位突变了，相当半 个波长的波程----半波损失。
11
五、弦线上驻波形成条件
§ 5.6
驻波
1
一、驻波
1.驻波的产生 驻波是两列振幅、频率和传播速率都相同的相干 波在同一直线上沿相反方向传播时波的叠加而形成的现 象。（由于其波动看起来处于静止状态，与行波相对称 为驻波。） 当一列波遇到障碍时产生的反射波与入射波叠加 可产生驻波----波形不传播。
2
二 、驻波方程
t x 正行波（入射波） y1 A cos2 T t x 负行波（反射波） y2 A cos2 T
合成波 由三角公式：
y y1 y2
cosα+cosβ=2cos[(α+β)/2]cos[ (α-β)/2]
t x t x y A cos2 A cos2 T T
t 2 A cos 2 cos 2 T
4.波节、波腹位置 ①.波节位置
波腹
x 0
2 A cos 2
2
x
(2k 1)2x (2k 1)
4
( k 0,1,2)
5
/2
波节
②.相邻波节距离
波腹
x (2k 1)
4
x k1 x k [2( k 1) 1] (2k 1) 4 4 2 x cos 2 1 ③.波腹位置
大学物理 驻波(一)2024
大学物理驻波（一）引言概述：驻波是在介质中传播的波在与逆向传播的波相遇时形成的一种特殊波动现象。
它在大学物理中有着重要的应用和理论意义。
本文将从驻波的基本概念和特点入手，详细介绍了驻波的形成条件，驻波的数学描述以及驻波的实验观察等。
正文：1. 驻波的基本概念和特点- 驻波是由两个相同频率、振幅相等而方向相反的波在空间中相遇而形成的。
- 驻波的震动节点是固定不动的，而虚节点一直在不断地交替出现。
- 驻波是由于波的干涉而形成的，不会传输能量或物质。
2. 驻波的形成条件- 驻波形成的必要条件是波的传播速度相同，波长相等且频率相同。
- 在一维情况下，驻波形成的充分条件是两波的幅值、频率、相位相同。
3. 驻波的数学描述- 驻波可以用数学方程来描述，常用的方程为y(x,t) = Acos(kx)cos(ωt + φ)，其中A为振幅，k为波数，ω为角频率，φ为初相位。
- 驻波方程中的k和ω与波长λ和周期T之间有着确定的关系：k = 2π/λ，ω = 2π/T。
4. 驻波的实验观察- 驻波可以通过在一定条件下的波的传播介质中观察到，如绳上的驻波、声管中的驻波等。
- 在实验观察中，可以通过调节波的频率、振幅、传播介质的长度等参数来观察驻波的形成与特性。
5. 驻波的应用- 驻波在声学、光学、电磁学以及其他物理学领域中有着广泛的应用，如乐器共鸣现象、干涉仪的工作原理等。
- 驻波还可以用于测量波的参数，如测量波速、波长等。
总结：驻波是在介质中传播的波在与逆向传播的波相遇时形成的一种特殊波动现象。
它具有震动节点固定、虚节点不断交替出现的特点，是由波的干涉形成的。
驻波的形成需要满足波的传播速度相等、波长相等且频率相同的条件。
驻波可以通过实验观察到，并可用数学方程进行描述，有着广泛的应用价值。
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驻波知识点
驻波是波动现象中的一个重要概念，广泛应用于电磁波、声波等领域。
了解驻波的基本概念和特性对于理解波动现象以及在实际应用中的运用具有重要意义。
本文将从基础概念、形成机制、特性以及实际应用等方面，分步骤地介绍驻波的知识点。
第一步：基础概念
驻波是由两个相同频率、振幅相等但传播方向相反的波叠加而形成的一种特殊波动现象。
在驻波中，波动的节点（波幅为零）和波动的腹部（波幅最大）交替出现。
节点和腹部之间的距离被称为波长，而节点之间的距离则是半波长。
第二步：形成机制
驻波的形成机制涉及波动的传播和干涉。
当两个波在同一介质中传播时，它们会相互干涉，形成驻波。
在这个过程中，来自两个方向的波经过反射、折射、散射等现象后，在特定位置上出现波动的叠加，形成了节点和腹部。
第三步：特性
驻波具有一些独特的特性，其中最重要的特性是节点和腹部的分布。
节点是波动的位置，波幅为零。
相邻两个节点之间的距离是半波长。
相反，腹部是波动的位置，波幅达到最大。
腹部和节点之间的距离也是半波长。
此外，驻波还具有波动的稳定性和固定的频率。
第四步：实际应用
驻波在实际应用中有广泛的用途。
其中一个重要应用是在电磁波领域中，如微波炉和天线。
微波炉利用驻波的节点和腹部形成热点，使食物迅速加热。
天线利用驻波的特性来增强信号的传输效果。
此外，在声学领域，如乐器制作和音响系统设计中，驻波也扮演着重要的角色。
总结
驻波是一种特殊的波动现象，通过两个相同频率、振幅相等但传播方向相反的波叠加而形成。
了解驻波的基本概念、形成机制、特性以及实际应用对于理解波动现象和在实际应用中的运用具有重要意义。
驻波的知识点在电磁波、声波等领域中有广泛的应用，如微波炉和天线等。
通过深入学习和研究驻波，我们可以更好地理解波动现象，并在各个实际领域中应用这一知识点。