波的干涉 驻波
惠更斯原理-波的干涉-驻波
原理的应用
已知 t 时刻的波面 t+t 时 刻的波面，从而可进一步给出波的 传播方向。
波的衍射
波在向前传播的过程中遇到障碍物(或障碍物中的缝隙)时,波线发生弯曲 并绕过障碍物(或障碍物中的缝隙)的现象称为波的衍射(或绕射) 。 衍射现象可用惠更斯原理的子波包络面概念定性解释。 衍射现象是否显著取决于波长与障碍物(或障碍物中的缝隙)的线度之比。 衍射现象是波动传播过程中的特征之一。
n1(大) i
i = iC n1(大)
n2(小) r
n2(小) r = 90
siniC
n2 n1
iC — 临界角
当入射i >临界角 iC 时，将无折射光 — 全反射。
全反射的一个重要应用是光导纤维（光 纤），它是现代光通信技术的重要器件。
第六节
12 - 5
wave interference
波叠加原理
BC u1t AC sini
AD u2t AC sinr
sini u1 n2 const.
sinr u2 n1
光波
u1
c n1
，u2
c n2
得到 n1 sini n2 sinr —— 折射定律
光密媒质（折射率大）光疏媒质时（折射
率小），折射角r >入射角 i 。
强烈的噪声（160dB以上）不仅可损坏建筑物，而且还会 使发声体本身因疲劳而受到破坏。
噪声污染问题引起人们广泛关注。大于 90dB 的声响，将 导致噪声污染。
题9
（ 0,1,2, )
射发生在两介质交界面上，在交界面处出现 波节还是波腹，取决于介质的性质.
介质分类（按波阻ρu分） 波疏介质（波阻ρu小）,波密介质（波
4.波的干涉_驻波
三、驻波能量：
⒈动能：
当各质点同时到达平衡位置时： 介质无形变，势能为零，此时驻波能量为动能。 波腹处动能最大，驻波能量集中在波腹附近。
⒉势能：
当各质点同时到达最大位移时： 动能为零，此时驻波能量为势能。 波节处形变最大，势能最大，能量集中在波节附近。
⒊结论：
动能、势能不断在波腹附近和波节附近间相互转 换，能量交替传递，无定向传播。
2 x 波腹位置： cos(2 ) 1 相邻两波腹距离 10 20 0 x x k , k 0,1,2 2 2
相邻两波节距离 x
各点相位：
y 2 A cos(2
x
) cos(2 t )
各质点作振幅为 2 A cos(2
cos(2
相位跃变（半波损失）
波 疏 介 质
波 密 介 质 较 大
u
较 小
u
当波从波疏介质垂直入射到波密介质， 被反射 到波疏介质时形成波节. 入射波与反射波在此处的相 位时时相反, 即反射波在分界处产生 的相位跃变， 相当于出现了半个波长的波程差，称半波损失.
π
当波从波密介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ垂直入射到波疏介质， 被反射 到波密介质时形成波腹. 入射波与反射波在此处的相 位时时相同，即反射波在分界处不产生相位跃变.
同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊
的干涉现象.
驻波的形成
特征：
1、波形不移动。 2、各质点以不同的振幅在各自的平衡位置附近振动。
3、分段振动：振幅最大的点为波腹，
振幅为零的点为波节。
二、驻波方程：
沿X 轴正、负向传播的两列平面简谐波的波动方程为： x 在任意点 x 处叠加， y1 A cos 2 ( t ) 合位移： x y y1 y2 y 2 A cos 2 ( t ) x 2 A cos(2 ) cos(2 t ) ( 设初相 10 20 0)
机械波的干涉和驻波现象
机械波的干涉和驻波现象机械波是一种传播能量的波动现象，其在传播过程中会出现干涉和驻波现象。
干涉是指两个或多个波在空间中相遇后，相互叠加形成新的波纹图案的现象。
驻波是指由于波在空间中来回反射导致波节和波峰固定不动的现象。
一、干涉现象干涉现象是指两个或多个波在空间中相互叠加形成新的波纹图案的现象。
干涉可以分为两种类型：同相干和异相干。
同相干是指波峰和波峰、波谷和波谷相遇时叠加，形成增强效应；异相干是指波峰和波谷相遇时叠加，形成消减效应。
干涉现象的产生需要满足两个条件：一是两个或多个波源的波长要相近，二是两个或多个波源之间的相位差要满足特定条件。
根据波源的数量和位置不同，干涉现象可以分为以下几种情况：1. 双缝干涉：当光波通过两个狭缝时，会形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这是因为入射光经过两个缝洞后形成的两个次波在空间中相互干涉。
2. 单缝干涉：当光波通过一个狭缝时，由于狭缝的宽度很窄，波的传播方向发生偏折，形成一系列干涉条纹。
3. 平行板干涉：当光波通过两块平行而透明的玻璃板时，由于玻璃板的折射作用，光波发生了相位差，形成干涉条纹。
干涉现象的应用非常广泛。
例如在光学实验中，利用干涉现象可以测量波长、厚度等物理量；在工程中，干涉仪常被用于光学薄膜的检测和表面形貌的测量。
二、驻波现象驻波是指由于波在空间中来回反射导致波节和波峰固定不动的现象，这是波的反射和干涉相互作用的结果。
驻波现象发生需要满足以下两个条件：波源的频率必须恰好满足空间限制所形成的驻波条件，同时波在空间中的传播方向相反。
驻波现象可以在各种波动现象中观察到，如声波、水波和电磁波等。
在声学中，我们常常能够观察到管道中的驻波现象。
当在一根管子中引入声波后，它会来回在管道内反射，当波的频率满足特定条件时，波的幅度呈现出固定的分布规律，形成驻波。
这种现象被广泛应用于乐器制作中，使得乐器能够产生特定的音调。
除了声波，驻波现象在电磁波中也很常见。
例如，在一个封闭的金属盒中，微波在盒子内反射，形成驻波现象，这是微波炉的工作原理之一。
简述驻波的原理及应用
简述驻波的原理及应用驻波是一种特殊的波动现象，由于波的反射和干涉引起波在介质中形成固定位置上波峰和波谷的分布。
驻波的形成需要两个相同频率、相同振幅的波沿相反方向沿同一介质传播。
驻波的形成取决于两个波的干涉，其中一个波称为来波（incident wave），另一个波称为反射波（reflected wave）。
驻波的形成可以通过以下过程来详细解释：1. 来波入射：来波以一定的频率和振幅入射到介质中。
来波可以是声波、电磁波或机械波等。
2. 反射波反射：来波遇到介质中的障碍物或边界后，部分能量会被反射回来并沿相反方向传播。
3. 干涉：来波和反射波在介质中相遇并交叠形成加强和减弱的干涉图案。
4. 驻波形成：当来波和反射波的振幅、频率和相位差满足一定条件时，驻波就会形成。
在驻波中，特定位置上的波峰和波谷不随时间变化，这些位置称为驻波节点和驻波腹部。
驻波的应用非常广泛，以下是一些驻波应用的例子：1. 音乐乐器：驻波是声学乐器（如弦乐器和管乐器）的基本原理之一。
乐器通过弦的振动或空气柱的共鸣来产生驻波并输出声音。
2. 无损检测：通过驻波的原理，可以对材料进行无损检测。
例如，通过对金属材料中的超声波进行传播和反射，可以检测材料的内部缺陷和结构状况。
3. 激光：激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）也是通过驻波的原理工作的。
激光器中的光通过多次的反射和干涉，形成驻波并得到高度聚焦的光束。
4. 驻波管：驻波管是一种利用驻波的原理来调整和增强微波信号的装置。
它被广泛应用在微波通信和雷达系统中，用于放大和调整信号的频率。
5. 理论物理研究：驻波是学习波动理论和量子力学的重要基础。
研究驻波可以帮助我们理解波的性质、干涉和共振现象。
总结来说，驻波是由于波的反射和干涉而在介质中形成固定位置上波峰和波谷的分布。
驻波的应用涉及声学、光学、电磁和机械等领域。
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
波的干涉驻波.ppt
在两种介质的分界面上若形成波节，
说明入射波与反射波在此处的相位时时相
反，即反射波在分界处的相位较之入射波 跃变了π，相当于出现了半个波长的波程差， 通常把这种现象称为相位跃变 π，有时也 形象地叫做“ 半波损失 ”。
四、驻波的能量
当弦线上各质点达到各自的最大位移时， 振动速度为零，因而动能为零；形变最大， 势能最大。回到平衡位置时则动能最大,势能 最小。在驻波中，动能与势能不断相互转换, 总能量保持不变。(驻波能量在波节、波腹间 相互转移）
P
y1
A1
cos
2
t T
r1
1
r1
r2
y2
A
2
cos
2
t S2
为同方向同频率谐振动合成。合成后振幅为
A
A12
A22
2 A1 A2
cos2
1
2
r2
r1
A
A12
A22
2 A1 A2
cos2
1
2
r2
r1
1.加强条件
cos2
1
2
r2
r1
1
2
1
2
r2
r1
2k
cos 2 x 1
/2
/2
波节
波腹
2 x k x k
2
振幅为2A
(k 0,1,2 )
④.相邻波腹距离
x k 1
xk
(k
1)
2
k
2
2
/2
/2 /4
波节
波腹
波节与波腹之间的距离为 / 4
除波节、波腹外，其它各点振幅 0 2 A
5.驻波的波形、能量都不能传播，驻波不是波， 是一种特殊的振动。
16-7波的叠加原理 波的干涉 驻波
Am(x,t)具有沿x方向传播的简谐波的形式,它的角频
率和波数分别为m 2, km波速k 2, ug m km k 群速度
两个频率相近、等振幅的简谐波叠加的结果是一
个振幅缓慢变化的波,它的角频率为 ，波数为 ,波k
速为 up 。它k 的振幅的变化也像一个传播的波, 它的角频率为 2, 波数为 k,波2 速为 ug 。 k
上述讨论的合成波称为波包。
3. 驻波
驻波是两列振幅相同的相干波在同一条直线 上沿相反方向传播时叠加而成的。
驻 波 的 形 成
驻波
实验——弦线上的驻波：
驻波
实验——弦线上的驻波：
t 0
t T 4 t T 2
t 3T 4
OA B C D EF GH
波节O B D F H 波腹A C E G
振幅A和相位 0
A A12 A22 2A1A2 cos20 10 2 (r2 r1)
tg0
A1
sin
10
A1
cos
10
2r1 2r1
A2 A2
sin20 cos20
2r2
波腹位置 2Acos 2 x 1
2 x k
x k (k 0,1,2,....)
2
驻波
波节位置 2Acos 2 x 0
2 x (2k 1)
2
x (2k 1) (k 0,1,2,....)
4
相邻两个波腹(节)间的距离为 。2
t
x u
l 2u
驻波与声波干涉现象
驻波与声波干涉现象驻波与声波干涉现象是物理学中常见的现象，它们在波动理论中具有重要的地位。
驻波是指在一定空间范围内，两个同频率、振幅相等、方向相反的波相遇而形成的波动现象。
声波是一种机械波，是由介质的微小振动传播而产生的波动现象。
本文将分别介绍驻波和声波干涉现象，探讨它们的特点、形成条件以及在实际生活中的应用。
驻波的特点及形成条件驻波是由两个同频率、振幅相等、方向相反的波在一定空间范围内相遇而形成的波动现象。
驻波的特点包括以下几点：1. 节点和腹点：在驻波中，波的振幅在空间中存在着明显的变化。
波的振幅为零的点称为节点，而振幅达到最大值的点称为腹点。
2. 波节和波腹间距：相邻的节点和腹点之间的距离称为波节和波腹间距，通常用λ/2来表示，其中λ为波长。
3. 能量不传输：在驻波中，能量不会传输，而是在波的振幅发生变化的区域内来回传播。
驻波的形成条件主要包括两个方面：一是波源必须是同频率、振幅相等、方向相反的波；二是波源之间的距离必须满足一定条件，使得波在空间中发生干涉而形成驻波。
声波干涉现象及应用声波是一种机械波，是由介质的微小振动传播而产生的波动现象。
声波在空气、水等介质中传播，具有一定的频率和振幅。
声波干涉是指两个或多个声波相遇而产生干涉现象的过程。
声波干涉的特点包括以下几点：1. 声强增强和减弱：当两个声波相遇时，如果它们的相位相同，则声波的声强会增强；如果它们的相位相反，则声波的声强会减弱。
2. 声音的清晰度：声波干涉可以使声音的清晰度得到提高，这在音响系统和录音设备中有着重要的应用。
3. 声音的定位：声波干涉还可以用来实现声音的定位，例如在音响系统中通过调节扬声器的位置和角度来实现声音的定位效果。
声波干涉在实际生活中有着广泛的应用，例如在音响系统、录音设备、声纳系统等方面都有着重要的作用。
通过合理地利用声波干涉现象，可以改善声音的传播效果，提高声音的清晰度和定位准确度。
总结驻波与声波干涉现象是波动理论中重要的内容，它们在物理学和工程技术领域有着广泛的应用。
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驻波的形成
相干波 + A1=A2 + 沿弦线相向传播
二 驻波方程
正向
y1
A c os2π
动、势能同相变化
能流 — 瞬时功率( W )
平均能流 I — 平均功率(一个周期 ) ( W ) 平均能流密度 I — 强度( W·m-2 ) I P 1 A22u
S2
[例] 图为弦线的横波 t 时的波形图，求： (1) 讨论图上a、b 、c 、 d、 e、f质元的振动方向； (2) 讨定性分析以上6个质元 t 时能量(大小、性质) 以及变化情况。
x 2k (k 0, 1, 2, ) y
在(－10 , 10 )区间
P1
k 0, 1, 2, 3, 4, 5
干涉静止点位置
S1 -10m
P3 S2 P2 o 10m x
x 0, 2, 4, 6, 8, 10
讨论:
S1和S2初相相同,情况如何?
4-9-3 波的干涉 驻波
一 驻波的产生
➢ 波的相干条件
1）频率相同； 2）振动方向平行； 3）相位相同或相位差恒定.
波源振动 点P 的两个分振动
y1 A1 cos(t 1)
y2 A2 cos(t 2 )
y1 p
A1 cos(t
1
2π
r1 )
y2 p
A2
cos(t
2
2π
r2 )
s1
r1 *P
s2
r2
点P 的两个分振动
y1 p
波动
六、波的干涉
2、 波的干涉 —— 波相遇区的叠加现象 波的干涉——叠加现象中最基本，最重要的表现
波动 三、平面简谐波的波六函、数波的波干动涉方程
两列频率相同， 振动方向平行， 相位相同或相位 差恒定的波（相 干波）相遇时， 使某些区域振动 始终加强，而另 一些区域振动始 终减弱的现象。
s1 r1 *P r2
2π
r2 r1
常量
讨论
A A12 A22 2 A1 A2 cos
2
1
2π
r2 r1
1 ) 合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分ຫໍສະໝຸດ 布随位置而变，但是稳定的.
2k π k 0,1,2,
A A1 A2 振动加强—干涉相长
2 ) (2k 1) π k 0,1,2, A A1 A2 振动减弱—干涉相消
y
u
a
b
f
o
c
e
x
d
4
* 三. 声波 声强 声强级
1. 分类 声波 20Hz ~ 20kHz — 听觉 超声波 > 20kHz
次声波 < 20Hz
2.声强 I ( 能流密度)和声强级
声强级 L 10 lg I
I0
(dB)分贝
I0 1012 W m-2基准声强
5
几种声音近似的声强、声强级和响度
能流密度 — 单位时间 单位(垂直)面积 能量
I =uA22 sin2 (t x)
u
u
平均能流密度(波的强度)
— 对一个周期平均
I = 1 T Idt 1 uA22
T0
2
udt S
与 ，u，A， 有关
[讨论]
比较简谐运动与简谐波的能量特征 简谐运动 孤立系统 能量守恒 动势能反相变化 简谐波动 开放系统 任一质元 能量不守恒
(1) y 轴上干涉静止点的位置 ; (2) x 轴上S2右侧干涉加强点的位置 ; (3) x 轴上S1与S2之间干涉静止点位置.
分析:
y
关键 求相位差 表达式
P1
u 4(m)
S1
-10m
P3 o
S2 P2
10m x
16
解: (1) 对图中P1点( r1= r2 )
y
12
1
2 2π
r1
r2
波动
六、波的干涉
注（1） 不是上述值时，需计算求出合 振动振幅Ａ
（2）干涉现象是波动所独有的现象 （3）非相干波相遇，不发生干涉现象
(4) 相干叠加 — 能量在空间不均匀分布
(5) 非相干叠加(如频率不同) — 均匀叠加
[例1] 如图所示,两相干点波源位于x 轴上, =100Hz , A1= A2 , u = 400ms-1, S1比S2的(初相)超前 , 求
A1
cos(t
1
2π
r1 )
y2 p
A2
cos(t
2
2π
r2
)
yp y1p y2 p Acos(t )
tan
A1 sin(1 A1 cos(1
2π r1 )
2π r1 )
A2
sin(
2
2π r2
)
A2
cos(2
2π r1
)
A A12 A22 2 A1 A2 cos
2
1
r1
均为干涉静止点
S1 -10m
P1
r2
P3 S2 P2 o 10m x
(2) 对图中P2点 r1= 10+x , r2 = x－10
12
1
2 2π
r1
r2
9
均为干涉静止点 , 无加强点
(3) 对图中P3点 r1= x+10 , r2 = 10－x
12
1 2
2π
r1
r2
(1
x)
(2k
1)
以一列绳线上的横波为例分析波动能量的传播.
y ym
O
(b)
(a)
x
dx
dx
取长度为 dx的体积元
体积元在平衡位置（a）时，动能、势能和总机械能均最大.
体积元在位移最大处（b）时，三者均为零.
波动是能量传递的一种方式 .
1
二.波的能流与波的强度
能流 (功率)— 单位时间 (垂直)面S 能量
声源
引起痛觉的声音 摇滚音乐会
交通繁忙的街道 通常的谈话 耳语
树叶的沙沙声 引起听觉的最弱声音
声强W/m2
1 10-1 10-5 10-6 10-10 10-11 10-12
声强级dB
120 110 70 60 20 10 0
响度
震耳 响
正常 轻
极轻
3. 应用 检测、加工、医学…… 地球、海洋、大气……
超声波 次声波
6
4—9 波的干涉 驻波
波的干涉：(波在传播过程中相遇时的特性） 1 、波的叠加原理 观察两列波相遇时的现象，能得到什么结论？
波动
六、波的干涉
（1）几列波相遇后，仍然保持它们各自原有的特 性（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，按 原方向继续前进。
（2）在相遇区域各点的振动，是几列波单独存在 时在该点所引起的振动的叠加。
其他 A1 A2 A A1 A2
讨 若
论
1
2
A A12 A22 2 A1 A2
则
2
2
1
π
2π
r2 r1
波程差
cos
r2 r1
k k 0,1,2,
A A1 A2
干涉相长
3)
(2k 1)
2
k 0,1, 2,L
A A1 A2 干涉相消
其他 A1 A2 A A1 A2