高中物理竞赛10.4 波的衍射和干涉课件.ppt

《高中物理竞赛10.4 波的衍射和干涉课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理竞赛10.4 波的衍射和干涉课件.ppt（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、一一.惠更斯原理惠更斯原理 在波动传播过程中，介质中在波动传播过程中，介质中波动传播到的各点都可看作是发波动传播到的各点都可看作是发射子波的波源，在其后任一时刻，射子波的波源，在其后任一时刻，这些子波的包络面就是新的波前。这些子波的包络面就是新的波前。这就是这就是惠更斯原理惠更斯原理。对任何波动过程，惠更斯原理都是适用的。对任何波动过程，惠更斯原理都是适用的。10.4 波的衍射和干涉波的衍射和干涉(1)已已知某一时刻的波前，知某一时刻的波前，可用几何方法决定下可用几何方法决定下 一时刻波面；一时刻波面；r说明说明R1R2S1S2O(2)亦适用于电磁波，非均匀和各向异性媒质；亦适用于电磁波，非均

2、匀和各向异性媒质；(3)不足之处（未涉及振幅，相位等的分布规律）。不足之处（未涉及振幅，相位等的分布规律）。二二.波的衍射波的衍射波在传播过程中遇到障碍物波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘，时，能够绕过障碍物的边缘，传播方向发生偏折的现象称传播方向发生偏折的现象称为波的衍射。为波的衍射。障碍物的宽度远大于波长，则衍射现象不明显。障碍物的宽度远大于波长，则衍射现象不明显。障碍物的宽度与波长可比，则衍射现象显著。障碍物的宽度与波长可比，则衍射现象显著。三三.波的叠加原理波的叠加原理(1)波传播的独立性波传播的独立性(2)叠加原理叠加原理几列波在介质中某点相遇时，仍保持它们各自几列波在

3、介质中某点相遇时，仍保持它们各自的频率、波长、振动方向等特性继续沿原来的的频率、波长、振动方向等特性继续沿原来的传播方向前进。传播方向前进。在波相遇区域内任一点处，质点振动为各列波在波相遇区域内任一点处，质点振动为各列波单独存在时在该点所引起的振动的合振动，即单独存在时在该点所引起的振动的合振动，即该点处质点的振动位移是各波在该点所引起的该点处质点的振动位移是各波在该点所引起的位移的矢量和。位移的矢量和。根据波传播的独立性可以区分出不同的乐器！根据波传播的独立性可以区分出不同的乐器！几列波相遇时，能够保持各自的运动状态几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播，不互相影响继续传播，不互相影响

4、四四.波的干涉波的干涉当两列（或多列）波叠加时，其合振动的振幅当两列（或多列）波叠加时，其合振动的振幅 A 和和合强度合强度 I 将在空间形成一种稳定的分布，即某些点上将在空间形成一种稳定的分布，即某些点上的的振动始终加强振动始终加强，某些点上的，某些点上的振动始终减弱振动始终减弱的现象。的现象。相干波相干波相干条件相干条件频率相同、振动方向相同、相位差恒定。频率相同、振动方向相同、相位差恒定。相干波源相干波源满足相干条件的波。满足相干条件的波。产生相干波的波源。产生相干波的波源。v 干涉规律干涉规律P 点处的合振动方程为点处的合振动方程为S1S2P 点处合振动的振幅点处合振动的振幅PP两个相

5、干波源：两个相干波源：P 点处合振动的振幅大小与两分振动的相位差密切相关点处合振动的振幅大小与两分振动的相位差密切相关r 讨论讨论 空间点振动情况分析空间点振动情况分析:当当(合振幅最大干涉相长合振幅最大干涉相长)当当(振动始终最弱干涉相消振动始终最弱干涉相消)若若(波程差波程差)（干涉相长）（干涉相长）（干涉相消）（干涉相消）五五.驻波驻波由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的一种特殊的干一直线上沿相反方向传播时叠加而成的一种特殊的干涉现象。涉现象。(a)(b)(c)AAABBBC1C2C1C2C3D1D

6、4D2D3D1D2D3干涉的特例。干涉的特例。，即驻波是各质点振幅按余弦分布，即驻波是各质点振幅按余弦分布(1)波腹：波腹：波节波节：讨论讨论相邻两波腹之间的距离：相邻两波腹之间的距离：(2)所有波节点将媒质划分为长所有波节点将媒质划分为长的许多段，每段中各的许多段，每段中各质点的振动振幅不同，但相位皆相同；而相邻段质点的振动振幅不同，但相位皆相同；而相邻段间各质点的振动相位相反间各质点的振动相位相反;即即驻波中不存在相位驻波中不存在相位的传播的传播。相邻两波节之间的距离：相邻两波节之间的距离：(3)没有能量的定向传播。没有能量的定向传播。能量只是在波节和波腹之间进行动能和势能的转化。能量只是

7、在波节和波腹之间进行动能和势能的转化。势能势能动能动能势能势能一、波的能量一、波的能量纵波在棒中传播为例纵波在棒中传播为例设棒中平面简谐波方程为设棒中平面简谐波方程为棒的截面积棒的截面积 ,密度密度 ，在棒中取长，在棒中取长 的体积元的体积元 ，相，相应质量元应质量元振动能量为振动能量为10.3 波的能量、能流波的能量、能流该体积元振动速度该体积元振动速度体积元具有的弹性势能为体积元具有的弹性势能为xyOB体积元总能量体积元总能量动能和势能都是周期性变化，而且两者的变动能和势能都是周期性变化，而且两者的变化规律相同，任何时刻都相等，同时达到最化规律相同，任何时刻都相等，同时达到最大值，同时达到最小值。大值，同时达到最小值。单位体积介质中波的能量称能量密度单位体积介质中波的能量称能量密度在一个周期内能量密度的平均值称平均能量密度在一个周期内能量密度的平均值称平均能量密度二、波的能量密度二、波的能量密度 三、波的强度三、波的强度单位时间内通过垂直于波传播方向某一面积单位时间内通过垂直于波传播方向某一面积的能量称为通过该面积的的能量称为通过该面积的能流密度能流密度。通过单位面积的平均能流称为通过单位面积的平均能流称为波的强度波的强度