2020-2021学年高中物理竞赛10.4 波的衍射和干涉课件（18张PPT）

(课件网) 一.惠更斯原理 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。这就是惠更斯原理。 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 已知某一时刻的波前， 可用几何方法决定下 一时刻波面； 说明 R1 R2 S1 S2 O (2) 亦适用于电磁波，非均匀和各向异性媒质； (3) 不足之处（未涉及振幅，相位等的分布规律）。 二.波的衍射 波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘，传播方向发生偏折的现象称为波的衍射。 障碍物的宽度远大于波长，则衍射现象不明显。 障碍物的宽度与波长可比，则衍射现象显著。 三.波的叠加原理 (1) 波传播的独立性 (2) 叠加原理 几列波在介质中某点相遇时，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！ 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 四.波的干涉 当两列（或多列）波叠加时，其合振动的振幅 A 和合强度 I 将在空间形成一种稳定的分布，即某些点上的振动始终加强，某些点上的振动始终减弱的现象。 相干波 相干条件 频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 相干波源 满足相干条件的波。 产生相干波的波源。 干涉规律 P 点处的合振动方程为 S1 S2 P 点处合振动的振幅 P P 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 讨论 空间点振动情况分析: 当 (合振幅最大干涉相长) 当 (振动始终最弱干涉相消) 若 (波程差) （干涉相长） （干涉相消） 五.驻波 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涉现象。 (a) (b) (c) A A A B B B C1 C2 C1 C2 C3 D1 D4 D2 D3 D1 D2 D3 干涉的特例。 ，即驻波是各质点振幅按余弦分布 (1) 波腹： 波节： 讨论 相邻两波腹之间的距离： (2) 所有波节点将媒质划分为长 的许多段，每段中各 质点的振动振幅不同，但相位皆相同；而相邻段间各质点的振动相位相反; 即驻波中不存在相位的传播。 相邻两波节之间的距离： (3) 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。 势能 动能 势能 一、波的能量 纵波在棒中传播为例 设棒中平面简谐波方程为 棒的截面积 ,密度 ，在棒中取长 的体积元 ，相应质量元 振动能量为 10.3 波的能量、能流 该体积元振动速度 体积元具有的弹性势能为 x y O B 体积元总能量 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 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 三、波的强度 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能流密度。 通过单位面积的平均能流称为波的强度 ... ...