波的衍射
波的衍射原理
波的衍射原理
衍射可以被定义为：当一个波要穿过一个物体时，在物体的表面上产生反射和折射。
例如，太阳光的一部分会在大气中的介质中发生折射，而另一部分会被天空的云层反射回去，就形成了所谓的“晴空万里”的景象。
衍射也可以使用来描述水面的波纹。
由于水的特性，它会将微小的毛细小的碎片给折射出来，当一个小的钢琴击打在水面上时，就会看到在水面上产生出一个弧形的波纹，而这些波纹就是因为衍射而形成的。
衍射也可以被用来解释聚光灯的效果。
当聚光灯射出光束时，光束会在途中发生衍射，把非常小的细碎的光线折射出来，形成一种叫做“均匀发散光束”的效果，最终形成出发光分布均匀的光源，这就是聚光灯的作用原理。
衍射还可以被用来解释声波的散射以及可见光的散射问题。
当声波和可见光传播过程中，它们会发生散射，当物体尺寸小于波长的时候，物体会将声波和可见光都折射出来，这就是声波的散射和可见光的散射的原理。
另外，衍射还可以应用到电磁波的传播中，当电磁波通过一个物体时，它也会有反射和折射的现象，这就是衍射原理在电磁波传播中的作用。
此外，衍射也可以被用来解释光滑表面上的折射现象。
当一个光源从光滑表面上穿过时，它会发生折射，把小的细碎的光线折射出来，
形成一个发散的现象，这也是衍射原理在光滑表面上的作用。
总之，衍射可以被用来描述一个波激起另一个波的过程。
衍射可以应用到声波、电磁波、可见光等各种不同的物理或化学概念，也可以被用来解释很多不同物理现象，比如在天空中“晴空万里”、水面上波纹、聚光灯散射、光滑表面发散等等，都是因为衍射原理而成为可能的。
波的衍射
一、用惠更斯原理解释衍射现象
障碍后 的波面
障碍物后的 阴影部分
障碍后 的波线
. . . . . . . . .
平面波波面
障碍物
平面波
结束 返回
二、惠更斯原理的应用
利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。 1.波的衍射 波在传播过程中，遇到障碍物 时其传播方向发生改变，绕过障碍 物的边缘继续传播的现象。 波达到狭缝处，缝上各点都可看 作子波源，作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。
波的衍射 2、发生明显衍射现象的条件
当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长 相差不多或比波长小时，就能看到明显的衍 射现象。（S障≤λ
波）
注意：一切波都可发生衍射现象（衍射是波特有的现 象）。而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当 不满足上述条件时，衍射现象仍然存在，只不过是衍 射现象不明显，不易被我们观察到 。
波的衍射
波的衍射
在海边，当海浪遇到不太大的岩石时， 海浪波动的传播并不会被岩石完全挡住，在 岩石的背后仍继续传播。
一、波的衍射 现象：水波绕过小孔继续传播．
1. 波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象叫 做波的衍射． 2. 一切波都能发生衍射． 3. 衍射是波特有的现象．
波的衍射
1、定义：波能够绕到障碍物的后面 传播的现象，叫做波的衍(yan)射。
障碍物的小孔成为新的波源
t 时刻
vDt
惠更斯原理
t 时刻波面 t +Dt 时刻波面
· · · · ·
波传播方向
t + Dt t · ·· · · · ·
·
波的衍射与干涉
波的衍射与干涉波的衍射和干涉是光学领域中重要的现象，揭示了光的波动性质。
本文将详细介绍波的衍射和干涉的概念、原理以及应用。
一、波的衍射波的衍射是指波在遇到障碍物或开口时发生偏折和传播的现象。
它是波动理论的重要验证之一。
波的衍射可以观察到光的波动性质，证明了光既可以看作粒子也可以看作波动。
波的衍射满足一定的条件，主要包括波长、障碍物或开口的尺寸以及光波的入射角等。
当波长足够短时，衍射现象不明显；而当波长较长时，衍射现象则较为明显。
此外，障碍物或开口的尺寸与波长的比值也是衍射现象的重要因素之一。
波的衍射可通过光的经典波动理论和费涅尔衍射公式进行描述。
根据费涅尔衍射公式，当光波通过一个小孔或者细缝时，会在衍射屏上形成一系列明暗相间的条纹，这种现象即为衍射。
二、波的干涉波的干涉是指两个或多个波源相遇，产生相互叠加的现象。
干涉可以是构成增强或减弱的相长干涉，也可以是构成明暗相间的干涉条纹。
波的干涉揭示了光的波动性质以及波传播的特性。
波的干涉满足一定的条件，主要包括光源的相干性、波的频率、波的相位差以及干涉程度等。
当两个波源具有相同的频率、相干性以及适当的相位差时，波的干涉现象就会显露出来。
波的干涉现象可以通过杨氏双缝干涉实验来观察。
杨氏实验中，光源通过两个狭缝后，形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这些条纹的出现是由于两个波源的光波叠加所产生的。
三、波的衍射与干涉的应用波的衍射与干涉在现实生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 衍射光栅：衍射光栅是利用衍射现象制备的光学元件，广泛应用于光谱仪、激光器、显微镜以及光学通信等领域。
2. 干涉测量：干涉测量利用波的干涉性质进行精密测量，如干涉仪、Michelson干涉仪被广泛应用于长度、折射率以及形状的测量。
3. 衍射成像：X射线衍射和电子衍射成像是在材料科学和结构分析中常用的手段，有助于分析物质的晶体结构和精细结构。
4. 涡旋光：涡旋光是一种具有自旋角动量的光波，其波前呈现螺旋状。
波的衍射和干涉
二、波的叠加
两列波相遇后，彼此穿 过，继续传播，波的形 状和传播的情形都跟相 遇前一样，也就是说， 相遇后，它们都保持各 自的运动状态，彼此都 没有受到影响．
波叠加原理：
几列波在同一介质中传播，在介质中某一 点（或某一区域）相遇时，每一列波都能 够保持各自的状态继续沿着原来的方向向 前传播，彼此之间互不影响，好像没有遇 到另一列波一样，在它们重叠的区域里， 介质的质点同时参与这几列波所产生的振 动，每一质点仍然是在各自的平衡位置附 近做振动．质点振动的位移等于这几列波 单独传播时引起的位移的矢量和．
实验二、在狭缝宽度一定的情况 下，波长对衍射实验的影响
结论：
障碍物较大时对波有影响,较 小时对波没有影响,即障碍物比较 小时能发生明显衍射. 窄缝宽度跟波长相差不多时，有明 显的衍射现象
窄缝宽度比波长大得越多，衍射 结 现象越不明显； 论 窄缝宽度跟波长相比非常大时， ： 水波将直线传播，观察不到衍射 现象．
到两波源的路程差（波程差）△s满足:
s n
s (2n 1)
——减弱
2
——加强
例1. 如图所示两列波相向传播，当它们 相遇时在图所示的甲、乙、丙、丁中，可 能的是( A )
甲
乙
丙
丁
A．图乙、丙 C．图乙、丙、丁
B．图甲、乙 D．图甲、乙
例2．如图所示，两列简谐波均沿x轴传播， 传播速度的大小相 等，其中一列沿x方向传 播(图中实线所示)，一列沿负x方向传播(图中 虚线所示)，这两列波的频率相同，振动方向 均沿y轴，则图中x=1、2、3、4、5、6、7、8 各点中振幅最大的是x= 4、8 的点，振幅最 小的是x= 2、6 的点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
波的衍射
【波的衍射】亦称波的“绕射”，是波的重要特性之一。
是指波在传播过程中，遇到障碍物或缝隙时传播方向发生变化的现象。
水波、声波、光波都能发生衍射现象。
障碍物或缝隙的宽度越小，而波长越大，则衍射现象就越明显。
波绕过障碍物或通过小孔绕到障碍物的背后。
这种波能绕过障碍物继续传播的现象，叫“波的衍射”。
室内发出声波可以绕过门、窗而到达室外的各角落。
如果障碍物或缝隙的宽度远远超过波长时，波的衍射现象就不明显。
波的衍射现象可用惠更斯原理来解释。
【波的干涉】由两个或两个以上的波源发出的具有相同频率，相同振动方向和恒定的相位差的波在空间迭加时，在交迭区的不同地方振动加强或减弱的现象，称为“波的干涉”。
符合上列条件的波源叫做“相干波源”，它们发出的波叫做“相干波”。
这是波的迭加中最简单的情况。
二相干波迭加后，在迭加区内每一位置有确定的振幅。
在有的位置上，振幅等于二波分别引起的振动的振幅之和，这些位置的合振动最强。
称为“相长干涉”；而有些位置的振幅等于二波分别引起的振动的振幅之差，这些位置上的合振动最弱，称为“相消干涉”。
它是波的一个重要特性。
【波的反射】波由一种媒质达到与另一种媒质的分界面时，返回原媒质的现象。
例如声波遇障碍物时的反射，它遵从反射定律。
在同类媒质中由于媒质不均匀亦会使波返回到原来密度的介质中，即产生反射。
【波的折射】波在传播过程中，由一种媒质进入另一种媒质时，传播方向发生偏折的现象，称波的折射。
在同类媒质中，由于媒质本身不均匀，亦会使波的传播方向改变。
此种现象也叫波的折射。
它也遵从波的折射定律。
【声学】物理学的一个分支，是研究声波的产生、传播、接收和作用等问题的学科。
根据研究的方法、对象和频率范围的不同，它与许多其他学科交叉在一起，形成了很多独特的边缘学科，例如，大气声学、水声学、电声学、生物声学、心理声学、语言声学、建筑声学、环境声学、几何声学、物理声学、生理声学、分子声学、声能学、超声学、次声学、微观声学、音乐声学、振动与波动声学、噪声控制学等部分。
机械波波的衍射
机 械 波
ห้องสมุดไป่ตู้
四、波 的 衍 射
一、波的衍射
观看实验
现象：水波绕过小孔继续传播．
定义:波可以绕过障碍物继续传播的现象叫 做波的衍射． 说明:①衍射是波特有的现象;一切波都能发 生衍射． ②衍射现象总是存在的,只有明显和不 明显的差异.
二、发生明显衍射现象的条件
观看实验
结论： 障碍物较大时对波有影响,较小时 对波没有影响,即障碍物比较小时 能发生明显衍射.
结束
结论：
• 窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显 的衍射现象； • 窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象 越不明显； • 窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波 将直线传播，观察不到衍射现象．
发生明显衍射现象的条件：
障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波长相差不多.
• 说明 :①障碍物或孔的尺寸大小 , 并不是决定衍 射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条 件 . 一般情况下 , 波长较大的波容易产生显著的 衍射现象. • ②波传到小孔(或障碍物)时,小孔(或障碍 物 ) 仿佛是一个新的波源 , 由它发出与原来同频 率的波(称子波)在孔后传播,于是就出现了偏离 直线传播的衍射现象. • ③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分 突出 , 但由于衍射波的能量很弱 , 衍射现象不容 易观察到.
A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．挡板前波纹间距离相等 C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的 衍射现象 D ．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能 更明显地观察衍射现象
• 解析：由图可看出孔 AB与波长相比小于一 个波长，则A对. • 介质及波源不变则不变，B对． • 将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到 明显衍射现象，C对． • 增大频率，更不容易看到衍射现象，D错. • 所以，正确选项为A．B、C.
高中波的衍射知识点
高中波的衍射知识点
波的衍射是指波在穿过一个缝隙或物体边缘时发生弯曲和扩散的现象。
在高中物理学中，学生需要了解波的衍射的基本概念和知识点。
波的衍射实际上是由于波传播时遇到阻碍或限制而导致波前的扩散和干涉现象，比如光线通过小孔时形成的衍射斑和干涉条纹。
学生需要了解波长、波前、波阵面、波源等基本概念，以及掌握波的衍射的数学描述和计算方法。
通过理解和掌握波的衍射知识，学生可以更好地理解光学现象和波动现象，为将来的学习和科研打下基础。
波的衍射
例1．如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是 ．如图是观察水面波衍射的实验装置， 和 是 两块挡板， 是一个孔 是一个孔， 为波源 为波源， 两块挡板，AB是一个孔，O为波源，图中已画出波源 所在区域波的传播情况，每 所在区域波的传播情况， 两条相邻波纹（图中曲线） 两条相邻波纹（图中曲线） 之间距离表示一个波长， 之间距离表示一个波长，则 波经过孔之后的传播情况， 波经过孔之后的传播情况， 下述描述正确的是（ 下述描述正确的是（ ABC ） A．挡板前后波纹间距离相等 ． B．此时能明显观察到波的衍射现象 ． C．如果将孔 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 扩大， ．如果将孔AB扩大 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地 ．如果孔的大小不变，使波源频率增大， 观察衍射现象
ห้องสมุดไป่ตู้
例1．关于波的衍射下列说法中正确的是（ AEFH ） ．关于波的衍射下列说法中正确的是（ A．在衍射现象中，波不是沿直线传播的 ．在衍射现象中， B．水波碰到障碍物后返回传播的现象属于衍射现象 ． C．横波能发生衍射，而纵波不能发生衍射 ．横波能发生衍射， D．不能发生明显衍射的，必定不是波 ．不能发生明显衍射的， E．衍射是一切波的特性 ． F．波长跟孔的宽度差不多时能发生明显衍射现象 ． G．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显 ．波长比孔的宽度小得越多， H．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显 ．波长比孔的宽度大得越多，
波的衍射
一、波的衍射 为什么有时我们看不见某人， 为什么有时我们看不见某人，却能听见他 的声音？ 的声音？ 是因为声波能绕过障碍物，而光波不能？ 是因为声波能绕过障碍物，而光波不能？ 其实光波也一定程度地绕过了障碍物， 其实光波也一定程度地绕过了障碍物，只 是非常不明显。 是非常不明显。 水波也能绕过障碍物。 水波也能绕过障碍物。 波可以绕过障碍 继续传播 波可以 绕过障碍继续传播 ， 这种现象叫做 绕过障碍 继续传播， 波的衍射。 波的衍射。 一切波都能发生衍射。衍射是波的特有现象。 一切波都能发生衍射。衍射是波的特有现象。
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地观察衍射现象
• 解析：由图可看出孔AB与波长相比小于一 个波长，则A对.
• 介质及波源不变则不变，B对．
• 将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到 明显衍射现象，C对．
• 增大频率，更不容易看到衍射现象，D错.
• 所以，正确选项为A．B、C.
例题2.波长微0.01m的超声波,经过 某一小孔时,发生了明显的衍射现象,则 小孔的直径是( )
例题1：如图是观察水面波衍射 的实验装置，AC和BD是两块 挡板，AB是一个孔，O为波源， 图中已画出波源所在区域波的 传播情况，每两条相邻波纹 （图中曲线）之间距离表示一 个波长，则波经过孔之后的传 播情况，下述描述正确的是 （）
A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现
第十章 机 械 波 五、波 的 衍 射
一、波的衍射
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现象：水波绕过小孔继续传播．
1. 波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播 的现象叫做波的衍射．
2. 衍射是一切波所具有的特性之一． 衍射是波特有的现象．
3. 衍射后的波比之前的能量将减小.
二、发生明显衍射现象的条件
模拟并回忆实验过程
• A. 0.01mm左右
• B. 0.01cm左右
• C. 0.01m左右
• D . 0.01km左右
三.应用
1.直线定向传播 2.衍射传播
OVER
结论：
• 窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的 衍射现象；
• 窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越 不明显；
• 窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将 直线传播，观察不到衍射现象．
发生明显衍射现象的条件：
• 只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差 不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的 衍射现象．
• 注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的 衍射现象须满足上述显，不易被我们观察到