波动之波的叠加原理动画
波动学中的波的衍射与波的叠加知识点总结
波动学中的波的衍射与波的叠加知识点总结波动学是物理学的一个重要分支，在其中，波的衍射与波的叠加是两个基本概念。
波的衍射是指波在遇到障碍物或开口时发生弯曲、扩散的现象，而波的叠加则是指两个或多个波在空间中相遇并叠加形成新的波的现象。
本文将对这两个知识点进行总结。
一、波的衍射1. 衍射现象波的衍射是互相干涉的结果，在遇到障碍物或开口时，波将弯曲、扩散并在障碍物后方形成特定的衍射图案。
衍射现象证明了波动的传播特性。
2. 衍射的条件波的衍射需要满足以下条件：a) 波长与障碍物（或开口）的大小相当，即波的大小与障碍物（或开口）的大小相比非常小。
b) 波遇到的障碍物（或开口）的边缘不光滑。
c) 波在障碍物（或开口）附近经过衍射后会扩散到整个区域。
3. 衍射公式衍射的数学描述可以通过衍射公式来完成，常见的衍射公式有菲涅尔衍射公式、夫琅禾费衍射公式等。
这些公式能够准确计算出衍射现象的衍射角、衍射图案等。
二、波的叠加1. 叠加原理波的叠加原理是指当两个或多个波在同一空间相遇时，它们会按照各自的振幅和相位相加形成一个新的波。
叠加可以是构造干涉现象和衍射现象的基础。
2. 干涉现象干涉是指两个或多个波在空间中相遇并干涉形成干涉图案的现象。
常见的干涉现象包括干涉条纹和干涉环。
干涉的结果可以是增强波的振幅，也可以是减弱甚至相互抵消。
3. 叠加的数学表达波的叠加可以通过波函数的相加来描述，根据波函数的性质，可以使用复数或矢量形式进行叠加计算。
叠加计算可以考虑波的振幅、相位和频率等因素。
三、波的衍射与波的叠加的关系波的衍射与波的叠加密切相关，二者相互影响。
1. 波的衍射可以看作波的叠加的结果，当波遇到障碍物或开口时，波的各个部分会发生干涉叠加形成特定的衍射图案。
2. 波的叠加可以导致干涉现象，当波的振幅和相位相加时，产生干涉效应，形成明暗相间的条纹或环。
综上所述，波动学中的波的衍射与波的叠加是两个重要的概念。
波的衍射是波遇到障碍物或开口时发生的弯曲、扩散现象，而波的叠加是两个或多个波在空间中相遇并按照振幅和相位相加形成新的波的现象。
普通物理学-力学-波的叠加、干涉、驻波
AP AB2 BP 2 (15)2 (20)2 25(m)
已知 v P 20m
= 100 Hz ,u = 10 m· s-1
u
10 则波长为 0.10(m) 100
A
15m
B
由题知,两波反相位,设 A 的相位较 B 超前, 则二者的初相差为
GL.普物-力学-Ch.10-波动 4 13
Δ ( x ) x - 14
由干涉静止条件,有
Δ ( x ) x - 14 (2k 1) , (k 0, 1, 2, ) xk - 14 (2k 1) xk 2k 15 , k 0, 1, 2, . 0 x L
求:AB 连线上因相干涉而静止的各点的位臵
u 4 （m）
解:取 A 点为坐标原点, A、B 连线为 X轴, 如图
B P X o L x (1)两相干波在B 点外侧任意P点处(即 x>L)的相位差为 A 波长为
=u/υ=4(m)
L=30m
L Δ B - A ( x - L) - x 2 16 4
则 AB 连线段上因干涉而静止的各点的位臵为
x 1, 3, 5, 7, 9,
GL.普物-力学-Ch.10-波动 4
, 25, 27, 29 (m)
14
例 2: 如图,A、B 两点为某均匀介质中振福相等的相干波源,频率
为100 Hz,波速为10 m.s-1,已知点 A 为波峰时 B 为波谷,
求:A, B 发出的两列波传到 P 点时干涉的结果
GL.普物-力学-Ch.10-波动 4 26
(3)驻波中各点处质元的相位关系
大学物理学—波的叠加原理及干涉现象
叠加后叠加区域内各点的强度重新分布。
若I1=I2, 则叠加后波的强度
I
2I11
cos
4I1
cos2
2
当 = ± 2k 时, 在这些位置波强最大, Imax = 4I1
当
=
±
(2k+1)
时,
在这些位置波强最小,
I
Imin=
0
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
10
13:48
例:A,B两个波源，振幅相等、振动方向相同，频率都是
10 A1 cos(t 10 ) 20 A2 cos(t 20 )
5
13:48
两列波到Ｐ点引起的振动方程为：
1
A1
cos(t
10
2r1
)
P
2
A2
cos(t
20
2r2
)
S1
r1
P点的合振动为
r2
1 2 A cos(t 0 ) S2
式中 A
A12
A22
2 A1 A2
cos ( 20
A A1 A2 合振动的振幅最小, 称为相干减弱
8
13:48
Case three:
10 20 即对于两个同相位的相干波源。
此时上述条件变为:
20
10
2
r
2
r
2k
r k k= 0,1 ,2, …., A最大
(2k 1)
r (k 1 ) k= 0,1 ,2, …., A最小
2
r r1 r2代表从波源S1和S2发出的两列相干波到达空间
因此，空间每点的合振幅 A 是一个恒量。
7
13:48
波的干涉为什么两个波会相互叠加或相消
波的干涉为什么两个波会相互叠加或相消波的干涉现象是波动学中一个重要的现象，它指的是当两个或多个波传播至同一空间时，它们会相互影响并产生叠加或相消的现象。
为了解释为什么会出现这种现象，我们首先需要了解波的性质和波的干涉原理。
一、波的性质波是物质或能量在空间中传递的一种震动或摆动，常见的波有机械波和电磁波。
波具有以下性质：1. 波动性：波传播时会出现周期性的振动或摆动；2. 传播性：波能够在空间中传递；3. 叠加性：两个或多个波在同一空间相遇时，能够相互叠加或相消。
二、波的干涉现象波的干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种情况。
1. 构造干涉构造干涉是指两个波叠加形成干涉条纹的现象。
当两个波处于相位差为整数倍的状态时，它们会相互叠加，使得波的振幅增强，形成明亮的干涉条纹。
这被称为构造干涉。
构造干涉遵循叠加原理，即两个波的振幅代数和等于两个波的单独振幅之和。
2. 破坏干涉破坏干涉是指两个波叠加导致波的振幅减弱、消失或相消的现象。
当两个波处于相位差为半整数倍的状态时，它们会相互抵消，使得波的振幅减弱甚至消失，形成暗淡或消失的干涉条纹。
这被称为破坏干涉。
三、波的干涉原理波的干涉现象可以通过波的叠加原理和相位差来解释。
1. 波的叠加原理波的叠加原理是指两个或多个波在同一空间中相遇时，它们会按照叠加原理进行相互叠加或相消。
叠加原理表明，波的振幅代数和等于两个波的单独振幅之和。
在干涉现象中，当两个波的振幅相加时，形成明亮的干涉条纹；当两个波的振幅相消时，形成暗淡或消失的干涉条纹。
2. 相位差相位差是波的两个波峰或两个波谷之间的相位角的差值。
相位差的大小决定了两个波的干涉结果。
当两个波的相位差是整数倍时，它们会相互叠加，形成明亮的干涉条纹；当两个波的相位差是半整数倍时，它们会相互抵消，形成暗淡或消失的干涉条纹。
通过控制波的振幅、频率和相位差，我们可以实现对干涉现象的调控和利用。
波的干涉现象在实际应用中有许多重要的应用，如光的干涉在干涉仪、激光干涉测量等领域的应用。
波的叠加原理.
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
波节
返回
驻波
波腹
x l
cos
2π
t T
振幅
A´ =
2Acos2π
x l
结束 返回
振幅：
A´ =
2Acos2π
x l
波腹位置：
2π
x l
=
2k
π
2
波节位置：
2π
x l
=( 2k+1)π2
x
=2k
l 4
x =(2k+1)l4
相邻两波节（或波腹）的距离:
x k+1
x
k
=
l
2
结束 返回
驻波
波腹
波节
结束 返回
驻波
波腹
波节
结束 返回
二、波的干涉
相干波源：若有两个波源，它们的振动
方向相同、频率相同、周相差恒定，称这两
五、波动所遵从的基本原理 1 波的叠加原
§6-4 关于波动的基本概念一、波的产生和传播弹性介质和波源——机械波产生的条件弹性介质是指由弹性力组合的连续介质。
波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力将振动传播开去，从而形成机械波。
波动(wave) (或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。
二、横波(transverse wave)和纵波(longitudinal wave)横波——参与波动的质点的振动方向与波的传播方向相垂直的波，如电磁波。
纵波——参与波动的质点的振动方向与波的传播方向相平行的波，如声波。
任一波，例如：水波、地表波，都能分解为横波与纵波来进行研究。
三、波线和波面波线(wave ray)（或波射线）——从波源沿各传播方向所画的带箭头的线。
波面(wave surface)（或相面、波阵面）——波在传播过程中，所有振动相位相同的点球面波，平面波在各向同性的均匀介质中，波线与波面垂直。
四、波速、波长以及波的周期和频率波速u ：单位时间内振动传播的距离，也就是波面 向前推进的速率。
固体中横波的波速 ρG u =(G 为切变模量，ρ为密度) 固体中纵波的波速 ρY u =(Y 为杨氏模量)流体中纵波的波速 ρBu =B 为体变模 量，定义为 V p B ∆∆-=波长λ：沿同一波线上相位差为2p 的两个相邻质 点间的距离。
横波：波长等于两相邻波峰之间或相邻波谷之间的距离。
纵波：波长等于两相邻密部之间或相邻疏部之间的距离。
周期T ：一个完整的波(即一个波长的波)通过波线 上某点所需要的时间。
频率ν：单位时间内通过波线上某点完整波的数目。
关系： T 1=νTu λνλ==五、波动所遵从的基本原理1. 波的叠加原理两列或两列以上的波可以互不影响地同时通过某一区域；在相遇区域内共同在某质点引起的振动，是各列波单独在该质点所引起的振动的合成。
2. 惠更斯原理波所到之处各点，都可以看作是发射子波的波源，在以后任一时刻，这些子波的包络就是波在该时刻的波面。
波动_波的叠加原理
1
波的疊加原理
1. 波的疊加原理： (1) 內容：由實驗結果得知，若波動的振幅不大，當兩 波交會時，介質振動位移為兩波位移之向量和。 (2) 若介質質點受到兩波單獨存在時所產生的振動位
移分別為 和 ，則兩波同時存在時，質點產生的
合成位移
。
若y1和y2的方向相同，則合成位移 y 的量值等於兩者的量 值相加，如圖(一)所示。若 y1 和 y2 的方向相反，則合成位 移 y 的量值等於兩者的量值相減，如圖(二)所示。 註 ：介質上某質點的速度、加速度亦遵守重疊原理。
( B ) 3. 如右圖所示為繩上向右行進 的脈波，則哪一脈波與之重疊時，
能在某一瞬間使得整個波形
「完全相消」？
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
3. 波形相同，上下顛倒，左右相同之兩脈波交會時，才 能在某一瞬間整個波形完全相消→選(B)。
*( ＡＣ ) 4. 下列各圖中，哪些當兩脈動交會時，在「×」
▲兩波同相干涉時，合成波的振幅最大
(3) 破壞性干涉：當合成波的振幅比個別子波的振幅小 時，稱為破壞性干涉或相消性干涉，如下圖所示
▲破壞性干涉
(4) 完全破壞性干涉：若兩波振幅相同且反相干涉時， 合成波之振幅恰為零，稱為完全破壞性干涉或完全相 消性干涉，如下圖所示。
▲兩波振幅相等且反相干涉，合成波的挀幅為零
2
正弦波的疊加
1. 相位： (1) 同相：當兩波疊加時，兩波波峰（或波谷）同時
到達同一位置，則稱兩波在該點為同 相。 (2) 異相：當兩波疊加時，兩波峰（或波谷）不同時 抵達同一位置，則兩波在該點稱為異 相。 (3) 反相：當兩波疊加時，一波的波峰與另一波的波谷 同時抵達同一位置，則兩波在該點稱為稱為反 相。
一波的叠加原理(superpositionprinciple).
15m
A 20m B
10 m 0.10 m 100
设 A 的相位较 B 超 前，则 A B π .
u
B A 2π
点P 合振幅
青岛科技大学
BP AP
25 15 π 2π 201 π 0.1 A A1 A2 0
1）振幅 2 A cos 2π
x
随 x 而异， 与时间无关.
cos 2 π
x
1
2π
x
0
x
k 0,1, Amax 2 A 2 1 (k ) k 0,1, Amin 0 2 2 相邻波腹（节）间距 2 相邻波腹和波节间距 4
青岛科技大学
k
1 2 π (k ) π 2
驻波的能量在相邻的波腹和波节间往复变化， 在相邻的波节间发生动能和势能间的转换，动能 主要集中在波腹，势能主要集中在波节，但无长 距离的能量传播.
青岛科技大学 大学物理讲义
七
振动的简正模式(normal mode)
最低频率 1 称为 基频
频率 n为 1的n倍， 称为n次谐频
两端固定的弦线形成驻波时，波长n 和弦线长 l 应满足 u 这些频率称为弦 n n 1 , 2 , n n 振动的本征频率 2l
2
o
2
x
x cos 2 π 0 , x , y 2 A cos 2 π x cos 2π t 4 4 x 3 x cos 2 π 0 , x , y 2 A cos 2 π cos(2 π t π ) 4 4
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在相遇点的合振动等于各列波在该点引起 的振动的矢量和，这就是波的叠加原理。
两列波开始情况如图所示。
两列波相遇时波的叠 加结果如下图所示。
两个波即将分离时波 的叠加如下图所示。
两个波分离后如图所示。
{范例6.6} 波的叠加原理(动画)
一轻绳长10m，取绳的中点为坐标原点，
当t = 0时，一个右行脉冲波的位移为 u1 = A1cos(πx) (-2.5 ≤ x ≤-1.5)，u1 = 0 (x < -2.5，x >-1.5)
一个左行余弦脉冲波的位移为 u2 = A2cos(πx/2) (x ≥ 3)，u2 = 0 (x < 3)
其中，A1 = 0.5m， A2 = 0.2m。
两列波相向运动，演示波的传播和叠加过程。
[解析]右行脉冲波的波函数为u1 = A1cos(ωt - πx)，
左行脉冲波的波函数为u2 = A2cos(ωt + πx/2)，
两个或多个波源产生的波在同一介质中传播，当 它们在空间某点相遇时，每一列波都将保持自己 原有的特性，包括频率、波长和振动方向等，如 同波在各自的路程中没有遇到其他波一样。