波的折射、反射与衰减、变形
弹性波的传播和衰减
弹性波的传播和衰减弹性波是一种在固体和流体介质中传播的波动形式。
它具有传播距离远、能量传递快、频率范围广、信息传递高效等特点，在地震学、声学、材料科学等领域具有重要应用。
本文将探讨弹性波的传播机理和衰减规律。
一、弹性波的传播机理在固体和流体介质中传播的弹性波可以分为纵波和横波。
纵波是沿着波的传播方向产生压缩和膨胀的弹性变形波动；横波则是垂直于传播方向产生横向位移的弹性波动。
弹性波的传播过程中，需要考虑介质的密度、速度、弹性模量等因素。
在固体介质中，声波的传播速度与固体的弹性模量和密度有关。
例如，高弹性模量和低密度的固体，其声波传播速度较高。
在流体介质中，声波传播的速度与介质的压力和密度相关。
弹性波传播过程中，会遇到不同介质之间的界面。
当波传播到界面时，会发生反射和折射现象。
反射是指波遇到不连续介质界面时，一部分能量被反弹回来，另一部分能量继续传播；折射则是指波穿过界面时，会改变传播方向和传播速度。
二、弹性波的衰减规律弹性波在传播过程中会发生衰减，主要是由于介质的吸收、散射和径向扩散引起的。
各种因素之间的相互作用决定了波能量的逐渐耗散和减弱。
介质的吸收是导致弹性波衰减的主要因素之一。
当波传播过程中，介质的分子或原子会吸收波的能量并转化为内能，导致波的振幅逐渐减弱。
吸收程度与介质的特性以及波的频率有关，高频率波的吸收相对较强。
散射是另一个导致弹性波衰减的因素。
当波传播过程中，遇到介质的不均匀性或杂质等异质结构时，波会发生散射现象，波的能量会被散射到不同的方向，使得整体的振幅减小。
散射的强度与杂质的尺寸和分布有关，尺寸较大或分布较密集的杂质会引起更强的散射。
径向扩散是弹性波在固体介质中衰减的特殊现象。
当波在均匀固体中传播时，波的能量会随着距离的增加而扩散，导致波的振幅衰减。
径向扩散的强度与波长、传播介质的特性有关，波长较长或介质的吸收和散射性质较强时，径向扩散效应更加显著。
三、应用与展望弹性波在地震勘探、医学成像、无损检测等领域具有广泛应用。
高中物理-光的反射、折射与透射
高中物理-光的反射、折射与透射光的反射、折射与透射光是一种电磁波，它在空气、水、玻璃等介质中传播时会发生反射、折射和透射等现象。
这些现象是由光波与不同介质之间的相互作用所引起的。
在高中物理学习中，我们需要了解和掌握这些现象的规律和特点，在此基础上进一步认识光的性质和应用。
一、光的反射1. 反射定律当光线从一种介质射向另一种介质时遇到分界面，部分或全部被扔回来，这种现象称为反射。
根据实验观察和总结，物理学家提出了“入射角等于反射角”的法则，即反射定律。
该定律表明入射角、反射角与法线三者位于同一平面上。
2. 光的像根据几何光学原理，我们可以利用反射定律来推导出成像规律。
当平行光垂直照射到一个平滑的镜面上时，经过反射后会汇聚到一个焦点上。
这个焦点就是物体的像。
3. 镜子的反射镜子是一种用来反射光线的光学器件。
常见的镜子有平面镜和曲面镜。
平面镜的反射规律符合反射定律，所以它的像与物体具有相同大小、直立、与物体相距相等的特点。
曲面镜可以分为凹面镜和凸面镜两类。
凹面镜使光线发散，因此形成了虚像；而凸面镜则使光线收敛，形成了实像。
二、光的折射1. 折射定律当光线从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质具有不同的折射率，光线会改变传播方向，这种现象称为折射。
根据实验观察和总结，物理学家提出了“入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于两种介质折射率之比”的法则，即折射定律。
2. 光速与折射率根据电磁波在介质中传播速度较慢于真空中的速度，我们引入了一个量——绝对折射率(n)，表示介质中电磁波传播速度与真空中光速之比。
折射定律可表示为sin(i)/sin(r)=n2/n1，其中n1和n2分别表示两种介质的折射率。
3. 布儒斯特定律在光从一种介质射向另一种介质时，如果入射角大于一个临界角，那么折射光线将无法穿过分界面，完全发生内反射。
这个临界角可以由布儒斯特定律得到，它表明入射角等于临界角时所对应的折射角为90°。
机械波的反射与干涉现象知识点总结
机械波的反射与干涉现象知识点总结在物理学中，机械波是一种常见且重要的概念，其中反射和干涉现象更是理解波的行为的关键。
接下来，让我们深入探讨一下机械波的反射与干涉现象的相关知识点。
一、机械波的反射当机械波遇到障碍物或两种介质的分界面时，会发生反射现象。
就好像我们对着墙壁大喊，声音会反弹回来一样。
1、反射定律在机械波的反射中，反射波的波长、频率和波速与入射波相同。
同时，反射角等于入射角。
这与光的反射定律非常相似。
例如，水波遇到岸边的石壁反射回来，其角度的规律就是如此。
2、波的相位变化在波的反射过程中，还存在相位的变化。
当波从波疏介质射向波密介质，并在界面处反射时，反射波会有半波损失，即反射点处的相位会突变π。
相反，当波从波密介质射向波疏介质时，反射波没有半波损失。
3、驻波的形成与反射的关系驻波是一种特殊的波的现象，它的形成与反射密切相关。
当入射波和反射波叠加时，如果两列波的频率相同、振幅相同、传播方向相反，就会形成驻波。
驻波中，有些点始终静止不动，称为波节；而有些点的振幅始终最大，称为波腹。
比如，在乐器弦的振动中，弦的两端固定，弦上的波发生反射形成驻波，从而产生美妙的音乐。
二、机械波的干涉干涉是机械波的另一个重要特性，它使得波的叠加效果更加丰富多彩。
1、干涉条件两列机械波发生干涉的条件是：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
只有满足这些条件，两列波在相遇区域才能产生稳定的干涉图样。
2、干涉图样在干涉区域，会出现振动加强区和振动减弱区交替分布的干涉图样。
振动加强区的振幅等于两列波振幅之和，振动减弱区的振幅等于两列波振幅之差。
例如，在杨氏双缝干涉实验中，通过两个狭缝的光（本质也是一种电磁波）形成了明暗相间的条纹，就是光的干涉现象的直观体现。
3、干涉的应用干涉现象在实际生活中有很多应用。
例如，在光学中，可以利用干涉来测量微小的长度变化、检测表面平整度等。
在声学中，干涉可以用于降噪和改善音响效果。
三、反射与干涉的综合理解反射和干涉现象并不是孤立的，它们常常同时存在并相互影响。
波浪的基本知识
于老师好，各位同学好：首先我们先来看几组照片。
左边这幅照片是去年7月大连市的海滨浴场，从照片中我们可以看到海滩逐渐被吞噬，沙子也被卷走了；坚固的防波堤也被巨大的海浪拍得支离破碎。
因为公园遭海浪侵蚀后逐年亏损，几年下来已经亏损近700万元。
右边这幅照片是被近岸浪破坏的渔场网箱，对当地的渔民也照成了极大的损失。
这是2013年3月烟台市，海浪对沿岸造成的破坏。
我们可以看到广场的地面理石板、等设施造成严重破坏。
巨大的风浪还将海岸的石柱拍倒了2根，甚至弄断了铁链。
由此可见，海浪是海洋建筑物遭受的主要荷载之一，波浪力可造成建筑物的严重破坏。
因此，了解海浪的发生与发展规律，研究波浪的计算方法，可以为海洋工程建筑物的规划、设计、施工和管理提供了合理可靠的数据，对于保证建筑物的安全具有重要意义。
接下来我们了解一下波浪要素。
风浪、涌浪和混合浪是比较常见的三种波浪。
风浪指的是在风的直接作用下产生的水面波动，其基本特征是：风浪中同时出现许多高低长短不等的波，波面较陡而且粗糙，波峰线较短，波峰附近有浪花或大片泡沫，此起彼伏，瞬息万变，初看无规律可循。
涌浪是指风停止后在海面上继续存在的波浪或离开风区传播至无风水域上的波浪。
其基本特征是：具有较规则的外形，排列整齐，波面较平滑，波峰线长。
涌浪再传播进入另一个风场后的波浪，与风浪进行叠加形成的波浪称为混合浪。
按照周期的不同，波浪可分为毛细波，重力波和长周期波。
毛细波和重力波都是由于风的作用引起的，当风力很小时，海面上出现的微小皱曲的涟波就是毛细波，它的复原力主要以表面张力为主，其周期小于1s。
当波浪尺度较大时，水质点恢复力主要是重力，这种波浪成为重力波，如风浪、涌浪、船行波等。
其周期大于5分钟的成为长周期波，主要是由于日、月引力造成的潮波，其复原力除了重力还有科氏力。
海面上的波浪是一种随机现象，其波浪要素是不断变化的，称为不规则波。
大洋中的风浪就是不规则波。
为了研究波动规律，人们用一种理想的、各个波的波浪要素均相等的波浪系列来代替不规则波浪系列，这种理想的波浪称为规则波。
高电压基本概念名词解释,问答题
高电压秘籍一，名词解释：1.电子按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
2.依靠外电离因素来维持的放电，称为非自持放电。
3.外施电压达到U0（放电的起始电压）后的放电称为自持放电。
4.流注：正、负带电粒子的混合通道。
5.由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也就不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。
6.U 50% ：击穿百分比为50％，用于表征气隙的冲击击穿特性的电压。
7.同一波形，不同冲击电压峰值下，间隙上出现的最高电压和放电时间的关系曲线，称为伏－秒特性。
8.当固体和气体（或液体）介质构成并联放电路径时，放电总是沿着固体表面进行的，这种现象称为沿面放电。
9.当沿面放电发展到两极击穿时，称为闪络。
10.逆闪络：是指受雷击的避雷针对受其保护设备的放电闪络。
11.污闪：由于污秽导致产生的闪络。
12.极化：介质在电场的作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生了弹性位移或偶极子转向，对外显示出极性。
13.累积效应：一系列不完全击穿的积累，可以导致完全的击穿。
14.老化：绝缘在长期的运行过程中发生的一系列物理和化学的变化，致使其电气、机械和其他性能逐步劣化的现象。
15.热老化的8 ℃规则：对于A级绝缘材料，如果它们的工作温度超过规定值（105℃）8 ℃时，寿命约缩短一半。
16.绝缘电阻是衡量介质绝缘性能好坏的物理量,它在数值上等于介质所具有的电阻值。
17.暂时过电压：由电力系统的操作或故障引起，持续的时间较长，具有电源或其谐波的频率，不衰减或弱衰减的过电压。
18.电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感和电容回路的振荡产生过电压，称为操作过电压.19.60s时的绝缘电阻对15s时的比值称为绝缘的吸收比。
20.雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数，单位d/a 。
应力波理论基础课件
法等，并选取典型案例进行讲解。
应用实例
03
通过分析实际工程案例，让学生了解应力波理论在结构健康监
测、材料性能研究和地震工程等领域的应用情况
REPORTING
材料的弹性性质
弹性性质的定义 材料在外部力作用下会发生形变，当外力撤去后，材料能 够恢复到原来的形状和尺寸，这种性质称为材料的弹性。
球面波的反射与折射
球面波的反射
当球面波遇到界面时，一部分波会反射 回原来的介质，另一部分波会继续传播。 反射波的方向与入射波的方向相同或相 反，取决于界面的性质和入射角的大小。
VS
球面波的折射
当球面波从一种介质传播到另一种介质时， 波速和波长都会发生变化，这种现象称为 折射。折射角的大小取决于两种介质的折 射率和入射角的大小。
有限差分法
将连续的物理量离散化为有限个离散值，然后在时空中建立差分方程组，通过迭代求解。 这种方法适用于具有复杂边界条件和初始条件的问题。
有限元法
将物体划分为有限个小的单元，每个单元上假定存在一定的位移和应力分布，然后根据变 分原理建立总能量泛函，通过求解泛函的极值得到问题的解。这种方法适用于具有复杂形 状和材料性质的问题。
波的散射与衍射
波的散射
当波遇到比波长还小的障碍物时，会产生散射现象。散射波的方向是随机的，散 射强度与障碍物的形状和大小有关。
波的衍射
当波遇到比波长还大的障碍物时，会产生衍射现象。衍射波的形状和大小取决于 障碍物的形状和大小。
2023
PART 06
应力波的应用
REPORTING
地震波的传播与探测
弹性模量的测量方法
通过实验测量材料的弹性模量，常用的方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。这些实验中，通过测量材料在 弹性范围内的应力-应变曲线，可以计算得到材料的弹性模量。
6.7_波浪的浅水变形：波浪的折射
2、波浪折射的计算
波峰线有逐渐与等 深线平行的趋势； 波向线与波浪变小
6.8 波浪浅水变形
二、波浪折射
2、波浪折射的计算
① 平直等深线的情况：Snell定理 ② 不是平直等深线的情况：绘制波浪折射图，量出两个波向
线之间的垂直距离， ③ 复杂地形，目前多采用数值计算方法。
6.8 波浪浅水变形
二、波浪折射
1、波浪折射现象 波浪在浅水区域传播时，
波向受地形影响发生偏转，波 峰线随着地形而变得弯曲，最 终趋于与海岸线相适应或接近 平行。这种近岸波浪传播变形 现象称为波浪折射。
6.8 波浪浅水变形
二、波浪折射
波浪折射原理：类比光的折射
玻璃
界面
A
空气
a2 a1
B
光线
sina1 = c1dt / AB
sina2 = c2dt / AB
Snell定理： sina1 / sina2 = c1 / c2
光速c1 > c2
a1 > a2
6.8 波浪浅水变形
二、波浪折射
2、波浪折射的计算
平直等深线的情况，角度可以由Snell定理求得。
等深线
浅水区
深水区
A
sina1 = c1dt / AB sina2 = c2dt / AB
得到 sina1 / sina2 = c1 / c2
a2 a1
B
波向线
随着水深变小，波速c变小 所以 a1 > a2 波峰线逐渐与等深线趋于平行。
波峰线
6.8 波浪浅水变形
二、波浪折射
2、波浪折射的计算 根据波能流守恒：
折射系数
α0=1
Kr=1
折射和反射定律、菲涅耳公式
公式(8)、(9)、(12)、(13)称为Fresnel公式：
rs
ts
Er 0 s n1 cos i n2 cos t Ei 0 s n1 cos i n2 cos t
Er 0 s 2n1 cos i Ei 0 s n1 cos i n2 cos t
(8) (9) (12) (13)
θt k t n H ts
图3
H rs
即：E 的p分量的切向分量一致向右 E H k 组成右手坐标系
H 的正方向如图所示
1 2
E rp
根据 E H 的边界条件得：
E tp
H i 0s H r 0s H t 0s (10)
Ei 0 p cosi Er 0 p cos r Et 0 p cost (11)
sin( i t ) rs sin( i t ) tan( i t ) rp tan( i t ) 2 cos i sin t ts sin( i t ) tp 2 cos i sin i sin( t i ) sin( t i )
3
界面两侧的总电场为：
E1 Ei Er Ei 0 exp[i(ki r it )] Er 0 exp[i(kr r rt )] E2 Et Et 0 exp[i(kt r t t )] n (E2 E1 ) 0 电场的边界条件 n Ei0 exp[i(ki r i t )] n Er 0 exp[i(kr r r t )] n Et 0 exp[i(kt r t t )]
ts
tp
位相跃变(半波损失) sin( i t ) rs sin( i t ) 负号写成 exp(i )
电磁波的散射与衰减
电磁波的散射与衰减电磁波作为一种波动现象，具有传播和散射的特性。
在传播过程中，电磁波与物体相互作用，发生散射和衰减。
本文将探讨电磁波的散射和衰减机制以及在不同环境中的应用。
1. 散射机制电磁波在遇到物体时，会发生散射现象。
散射是指电磁波遇到不规则物体表面或介质边界时，波的传播方向改变的过程。
散射过程中，波传播的方向和强度都会发生改变，从而导致波的分布发生变化。
散射的机制可以分为几种类型。
其中，光的散射根据散射颗粒的尺寸和波长可以分为瑞利散射和米氏散射。
瑞利散射主要发生在颗粒尺寸远小于波长的情况下，如大气中的空气分子。
米氏散射则发生在颗粒尺寸与波长相当的情况下，如云、烟尘等。
此外，电磁波还会发生较不规则的布拉格散射和随机的镜像散射。
布拉格散射主要发生在晶体结构中，当入射波与晶格常数之间存在特定的关系时，会发生绕射现象。
镜像散射则是指波在非均匀介质中发生反射，而反射角不满足经典的折射定律。
2. 衰减机制电磁波在传播过程中，会发生能量的损耗和衰减。
衰减指的是电磁波传播过程中能量逐渐减弱的过程。
衰减机制主要有以下几种。
首先是自由空间传播中的自由空间衰减。
自由空间衰减是指电磁波在真空或空气中传播时，随着距离的增加，波的强度逐渐衰减。
其次是导体中的电导衰减。
当电磁波遇到导体时，导体的电子会发生运动，并产生阻尼电流，从而使电磁波的能量转化为导体内部的热能，导致电磁波的衰减。
此外，介质中的损耗也会导致电磁波的衰减。
介质损耗是指在介质中存在的分子、离子或电子的相互碰撞，从而导致电磁波能量的损失。
不同介质的损耗特性不同，例如水对微波的吸收较强，而玻璃对可见光的透射较好。
3. 应用与意义电磁波的散射和衰减在许多领域都有重要的应用与意义。
首先，在雷达技术中，电磁波的散射被广泛应用于目标探测与测距。
利用电磁波与目标物的散射特性，可以判断目标物的位置、形状和运动状态，从而实现目标探测与识别。
其次，在通信领域，电磁波的衰减是信号传播的重要考虑因素。
光学中的折射与反射现象
鱼缸的光学效果
鱼缸的设计原理利用 了水中光线的折射与 反射特性，使得鱼在 水中看起来似乎更大 更近。这种光学效果 吸引了众多观赏者， 让他们沉浸在神奇的 水下世界中。
天空为什么是蓝的
大气对光的 散射
气溶胶颗粒
光的波长与 颜色的关系
蓝色光的波长相 对较短
太阳眼镜的作用
01 反射功能
阻挡强光
02 折射功能
光的波动理论
色散
光波在介质中传 播时，不同波长 的光波受到不同 的折射角度影响
干涉
光波叠加时，波 峰和波谷相遇导 致光强增强或抵
消
折射
光由一介质传播 到另一介质时， 会改变传播方向
衍射
光通过孔径或物 体边缘时，会产
生干涉现象
光的粒子理论
光子的概念
光子性质
应用
光子是光的基本粒子，具 有一定能量的光量子 由爱因斯坦首次提出，并
光学显微镜
放大倍数高
相机
有数码相机、单 反相机等不同类
型
望远镜
有天文望远镜和 地面望远镜之分
● 05
第五章 折射与反射现象在生 活中的应用
水中看东西为什么会变形
当光线通过水面进入水中时，由于光速在水中的 速度比空气中的速度要慢，会导致光线发生折射 现象，使得水中看东西会发生变形。这一光学现 象被广泛应用在水族箱设计中，营造出奇妙的观 赏效果。
1.《光学基础》 2.《光的折射与反射》 3.《光学导论》
光学应用的期刊论 文
1.《光学通信技术应用研 究》 2.《激光在医学中的应用》 3.《纳米光学发展现状》
总结与展望
光学的未来发展将主要集中在纳米光学、光学通 信和激光技术等前沿领域。光学作为一门重要的 科学技术，在各个领域的广泛应用将进一步提升， 为人类社会带来更多的科技创新和实用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波的折射、反射与衰减、变形
波沿传输线传播，在波阻抗发生突变的节点上产生折射与反射。
无穷长直角波波1 A点uf if 反行波
线路上总的电压及电流
线路2上只有前行波则
对节点A ：
分别为折射系数与反射系数。
一、末端开路时的折反射
末端开路反射电压
末端电流反射波所到之处，导线上各点电压提高一倍。
电流降为0
全部能量皆由末端反射回去，反射波到达范围内，单位长度总能量为入射能量两倍。
导线总电流为0，磁场能量为0 全存在电场中
二、末端短路时的折反射
末端反射电压
反射电流
反射波到达之处，导线上电流提高一倍电压降为0。
入射波到达末端，全部能量及射回去成为磁场能量。
三、末端短路时的折反射
Z2=R不同之处：波阻抗不消耗能量。
R消耗能量。
当R≠Z1时来波在集中负载上发生折反射。
R=Z1时，无反射，Z1传输来的能量全部消耗在R中
线路上电压流，电流波不发生任何变化。
四、波的衰减与变形
造成波传播过程中衰成与变形的缘由.
（1）导线电阻和线路对地电导。
单根有损长线的单元等值电路
导线电阻R0 对地电导G0都消耗能量，波传播中衰减。
满意只有衰减不变形，实际上不满意——变形。
（2）大地电阻和地中电流等值湿度影响
（3）冲击电晕的影响
电压上升，表面强度增加。
超过导线秒边电晕始场强时导线四周空气发生电晕。