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波的衍射与波的干涉

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波的衍射

波的衍射指波在传播过程中,遇到障碍物后,能绕过障碍物;或遇到缝隙时传播方向发生变化的现象。

波的衍射与波的干涉都是波的重要特性之一,这是波动与其他运动模式的主要区别。

波的衍射图像

波的衍射示意图

波的干涉

波的干涉指的是,频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

波的干涉,实际上与波的叠加原理是一致的,只不过波的干涉更加特殊,必须满足相应的条件。而且我们考虑波的干涉时并不是单独一个波形的叠加,而是空间内众多波形的叠加情况。

波的干涉的前提条件

产生干涉的一个必要条件是,两列波(源)的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差(相差),相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的,没有振动总是加强或减弱的区域,因而不能产生稳定的干涉现象,不能形成干涉图样。

波的干涉图样

波的干涉所形成的图样叫做干涉图样,是非常好的理解波的干涉的工具。

下面我们通过波的干涉图样来进一步理解波的干涉。如下图所示,为两个完全相同的波(S1与S2)在平面内的传播。

如果用实线来描述波峰,虚线表示波谷。根据波的叠加原理,在平面内图像中的波峰与波峰(以及波谷与波谷)的交汇处,为振动加强点。

与之对应的是,波峰与波谷的交汇处,振动削弱。这样,就犹如波的干涉的定义描述的那样:

波的干涉指的是,频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

波的干涉图样

可能上面的图像太复杂了,不好辨识出来。那么接下来我们通过一部分干涉图像来分析。如下图所示,同样为两个完全相同的波(S1与S2)在平面内的传播。实线来描述波峰的,显然波谷就是相邻的两条实线中间的位置(没有画出来)。

比较容易看出来,a点是振动削弱的(波峰与波谷交汇处),b点是振动加强的(波谷与波谷交汇处)。

波的干涉图样

波的衍射与波的干涉区别

从定义上来找两者的区别:

波的衍射定义:波的衍射指波在传播过程中,遇到障碍物后,能绕过障碍物;或遇到缝隙时传播方向发生变化的现象。

波的干涉定义:波的干涉指的是,频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。

从解题角度看,波的衍射一般有一个空(或缝),干涉必须出现两列相干波。

波的特性

虽然这一章节讲述的是《机械振动机械波》,不过里面提到的波的干涉与衍射,是所有波的特性,不仅机械波拥有这样的特性,电磁波也是如此。

高中物理选修3-4中章节《光的本性》提到,光也是一种波,那么广同样也满足波的特征:

具有衍射性和干涉性。光的干涉与衍射本质上与波的干涉与衍射是相同的。只不过可见光的波长非常短,其干涉性和衍射性不容易观测出来。(王尚)

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