驻波
驻波(stationary wave)是指频率相同、传输方向相反的两种波沿传输线形成的一种分布状态,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)。
驻波由于节点静止不动,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。
基本信息
- 中文名
驻波
- 外文名
stationary wave(standing wave)
- 应用学科
物理1
- 特点
波面水平时、流速绝对值最大
- 相关现象
颤水波、乐器发声、树梢震
基础定义
驻波是自然界一种十分常见的现象,生活中无处不在,例如水波、乐器发声、树梢震颤等都与驻波有关。驻波是物理教学中比较重要的一部分内容。2 驻波是一种常见的物理现象。各种乐器的发声原理都是和驻波相关的。比如常见的弦乐器和管乐器分别是利用了弦上的驻波和管中的驻波进行发声。由于驻波应用的广泛性,国外的很多高中物理教材都把关于驻波的理论和应用列入其中。比如国际高中文凭课程(IBDP)和英国高中课程(A'level)。3
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。当波面处于最高和最低位置时,质点的水平速度为零,波面的升降速度也为零;当波面处于水平位置时,流速的绝对值最大,波面的升降也最快,这是驻波运动独有的特性。
特点:两个波的频率、传播速度完全相等,但方向相反。
特点
①电压和电流不但在时间上相差90°。在空间上也相差90°;
②平均功率为零,因此不能用来输送电磁能;
③具有位置不随时间而变化的波腹和波节,波节和相邻波腹之间的距离为λ/2
④输入阻抗为纯虚数,阻值随传输线长度而变化。
驻波方程
2个周期为T,波长为λ,振幅为A的简谐波沿着x轴向相反方向传播。
沿x轴正方向传播的波称为右行波,波动方程为
y1=Acos2π(t/T-x/λ )( 1)
沿x轴负方向传播的波称为左行波,波动方程为
y2=Acos2π(t/T+x/λ ) ( 2)
合成后的驻波方程为式为