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          波的衍射與波的干涉

          王尚老師微信

          波的衍射

          波的衍射指波在傳播過程中,遇到障礙物后,能繞過障礙物;或遇到縫隙時傳播方向發生變化的現象。

          波的衍射與波的干涉都是波的重要特性之一,這是波動與其他運動模式的主要區別。

          波的衍射圖像

          波的衍射示意圖

          波的干涉

          波的干涉指的是,頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。

          波的干涉,實際上與波的疊加原理是一致的,只不過波的干涉更加特殊,必須滿足相應的條件。而且我們考慮波的干涉時并不是單獨一個波形的疊加,而是空間內眾多波形的疊加情況。

          波的干涉的前提條件

          產生干涉的一個必要條件是,兩列波(源)的頻率以及振動方向必須相同并且有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差(相差),相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的,沒有振動總是加強或減弱的區域,因而不能產生穩定的干涉現象,不能形成干涉圖樣。

          波的干涉圖樣

          波的干涉所形成的圖樣叫做干涉圖樣,是非常好的理解波的干涉的工具。

          下面我們通過波的干涉圖樣來進一步理解波的干涉。如下圖所示,為兩個完全相同的波(S1與S2)在平面內的傳播。

          如果用實線來描述波峰,虛線表示波谷。根據波的疊加原理,在平面內圖像中的波峰與波峰(以及波谷與波谷)的交匯處,為振動加強點。

          與之對應的是,波峰與波谷的交匯處,振動削弱。這樣,就猶如波的干涉的定義描述的那樣:

          波的干涉指的是,頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。

          波的干涉圖樣

          可能上面的圖像太復雜了,不好辨識出來。那么接下來我們通過一部分干涉圖像來分析。如下圖所示,同樣為兩個完全相同的波(S1與S2)在平面內的傳播。實線來描述波峰的,顯然波谷就是相鄰的兩條實線中間的位置(沒有畫出來)。

          比較容易看出來,a點是振動削弱的(波峰與波谷交匯處),b點是振動加強的(波谷與波谷交匯處)。

          波的干涉圖樣

          波的衍射與波的干涉區別

          從定義上來找兩者的區別:

          波的衍射定義:波的衍射指波在傳播過程中,遇到障礙物后,能繞過障礙物;或遇到縫隙時傳播方向發生變化的現象。

          波的干涉定義:波的干涉指的是,頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。

          從解題角度看,波的衍射一般有一個空(或縫),干涉必須出現兩列相干波。

          波的特性

          雖然這一章節講述的是《機械振動機械波》,不過里面提到的波的干涉與衍射,是所有波的特性,不僅機械波擁有這樣的特性,電磁波也是如此。

          高中物理選修3-4中章節《光的本性》提到,光也是一種波,那么廣同樣也滿足波的特征:

          具有衍射性和干涉性。光的干涉與衍射本質上與波的干涉與衍射是相同的。只不過可見光的波長非常短,其干涉性和衍射性不容易觀測出來。(王尚)

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