衍射现象波的衍射
波的衍射现象原理
波的衍射现象原理
静水面上投下一粒石子，激起一圈圈的波纹向四周传开，若沿各个方向波的传播速度相等，那么距离振源距离相等的质点，振动情况完全相同，将它们连接起来形成一个个圆，这些圆称为一个个波阵面。
事实上，波传播介质中的每一质点，都可以看成引起此后次级子波的点波源。
1690年荷兰物理学家惠更斯提出：在均匀介质中，无论是平面还是圆形波阵面，任意波阵面上的各点，都可以看作发射子波的波源，在其后任意时刻，这些子波在波前进方向上的包络面就是新的波阵面。
这叫做惠更斯原理。
尽管它也称之为原理，但它并非从实验或定律中得到的，与动量守恒、电荷守恒等原理完全不属于同一范畴。
只是利用子波和波阵面等几何形式来研究波的运动，既直观又简单。
比如，当波遇到狭缝时，在狭缝间波阵面上的每一点，都可视为发射子波的波源，这些次级子波的包络面又形成新的波阵面，这样，看起来波能够绕过障碍物的边缘，在被障碍物遮挡的几何区域，也引起质点的振动。
这种现象我们称为衍射。
实验发现，在狭缝宽度与波长相差不多，或比波长更小的情况下，衍射现象更明显。
衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射，比如声波、光波。
事实上，正是光波的衍射现象，限制了光学仪器的终极分辨能力，我们利用光学系统所成的像，永远都是一个衍射光斑而已。
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 · ·· · · · ·
·
波的衍射与偏振现象
波的衍射与偏振现象波是一种能量传播的方式，我们可以在生活中见到各种各样的波，比如光波、声波等。
波的衍射和偏振现象是波动学中的两个重要概念，对于理解光学和声学现象有着重要的作用。
一、波的衍射波的衍射是指波传播遇到障碍物或通过狭缝时发生的现象。
当波遇到一个比其波长大得多的孔径时，波能够继续传播且呈直线传播，这被称为几何光学中的直线传播。
然而，当波遇到一个与其波长相当的孔径时，波将发生弯曲和扩散，波的能量会出现在孔径的背后，形成衍射现象。
衍射现象可以用赫歇尔原理来解释，该原理表明波通过小孔时会形成一系列的球面波，并且这些球面波在孔后重新组合形成新的波前。
这个过程导致了波的弯曲和扩散，从而在孔后形成衍射图样。
衍射的强度和形状取决于波的波长和孔的大小。
当波的波长较大时，衍射效应会更加明显，而当孔的尺寸较大时，衍射效应也会增强。
同时，孔的形状和光源的性质也会对衍射图样产生影响。
二、波的偏振波的偏振是指波动在传播过程中发生的振动方向的限制。
通常情况下，波动的振动方向可以在空间中沿无数个方向进行，这被称为自然光。
然而，一些特定的波动可以被限制在特定的振动方向上，这种波动被称为偏振光。
偏振光可以通过偏振片来制备。
偏振片是一种具有特殊结构的光学元件，可以选择性地通过特定方向的光振动。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片振动方向相同的光才能够透过，其他方向的光则被阻挡。
这样，就能够得到特定方向上偏振光。
偏振光在光学方面有着广泛的应用，例如在液晶显示器中，液晶分子可以通过调节振动方向来控制光的透射和阻挡，从而实现图像的显示。
三、波的衍射与偏振的关系波的衍射与偏振在物理学中是密切相关的。
当偏振光通过一个孔径或障碍物时，由于波的衍射效应，振动方向也会发生扭曲和扩散。
这就导致了在衍射图样中，偏振光的振动方向也随之发生改变。
衍射对于不同偏振光的效果也有所不同。
根据波的波动性质，我们可以观察到不同偏振光在衍射图样中的分布情况和特点。
波的衍射原理及应用
波的衍射原理及应用1. 介绍衍射是波动现象中的一种重要现象，波的衍射是指波在遇到障碍物或通过开口时发生偏折和扩散的现象。
衍射可以用来解释光的传播、声波的传播以及其他波动现象。
本文将介绍波的衍射的基本原理和一些应用。
2. 波的衍射原理波的衍射原理可以通过赫曼-普朗克原理来解释。
赫曼-普朗克原理是波的衍射现象背后的一个基本原则，它可以总结为：每个点上的波前可以看做是无穷多个波源发出的圆形波的叠加。
衍射现象可以用狄拉克符号表示为:$$\\psi(x) = \\int \\psi(\\xi)G(x;\\xi)d\\xi$$其中，$\\psi(x)$表示在位置x处的波函数，$\\psi(\\xi)$表示在位置$\\xi$处的波函数，$G(x;\\xi)$是波函数的传播函数。
3. 衍射现象的性质波的衍射有许多特性和性质，下面列举一些常见的衍射现象性质： - 衍射是波动现象的特性，只有波才会发生衍射； - 衍射现象和波的波长有关，波长越长，衍射现象越明显； - 衍射可以改变波的传播方向，使波绕过障碍物传播； - 衍射还可以使波的能量分散，形成空间上的光斑； - 衍射还具有干涉现象，由于波的叠加原理，不同波的相位差可能导致干涉和衍射的共存。
4. 波的衍射的应用波的衍射在许多领域都有重要的应用，下面列举一些典型的应用场景： - 衍射光栅：衍射光栅可以利用衍射的原理，对入射光进行衍射分析，可以用于光谱测量、光学仪器等领域。
- 声波的衍射：声波也会发生衍射现象，利用声波的衍射，可以实现声波的聚焦、扩散和控制。
- X射线衍射：X射线衍射是一种利用X射线的波动性质进行晶体结构分析的重要方法。
- 雷达衍射：雷达是利用电磁波进行探测的一种技术，衍射在雷达中起到了重要的作用，用于探测、定位和跟踪目标。
- 超声波衍射：超声波衍射被广泛应用于医学成像、无损检测等领域，可以实现对物体内部结构的分析和观测。
5. 总结波的衍射是波动现象中的重要现象之一，衍射现象可以用赫曼-普朗克原理来解释。
高中物理波的衍射问题解析
高中物理波的衍射问题解析波的衍射是高中物理中的一个重要概念，也是考试中常见的题型之一。
本文将以具体的题目为例，分析衍射问题的考点，并给出解题技巧和指导。
一、波的衍射现象波的衍射是指波遇到障碍物或通过狭缝时，波的传播方向发生偏折并产生干涉现象。
这种现象广泛存在于光、声、水波等各种波动现象中。
二、单缝衍射问题单缝衍射是最基本的衍射问题之一。
考虑以下题目：题目：一束波长为λ的平行光垂直照射到一个宽度为d的狭缝上，观察到屏幕上的衍射图样。
如果将狭缝的宽度加倍，屏幕上的衍射图样会发生什么变化？解析：这个题目考察了单缝衍射的基本原理。
根据单缝衍射的公式sinθ = mλ/d，其中θ为衍射角，m为衍射级次，λ为波长，d为狭缝宽度。
当狭缝宽度加倍时，根据公式可以得知，衍射角会减小，也就是屏幕上的衍射图样会变得更加集中。
解题技巧：对于单缝衍射问题，理解公式sinθ = mλ/d是非常重要的。
在解题时，可以通过改变波长、狭缝宽度或观察位置等条件，来分析衍射图样的变化。
此外，还可以通过计算不同级次的衍射角，来进一步确定衍射图样的特点。
三、双缝衍射问题双缝衍射是另一个常见的衍射问题。
考虑以下题目：题目：在双缝干涉实验中，两个狭缝间距为d，波长为λ的光垂直照射到狭缝上，观察到屏幕上的干涉条纹。
如果将狭缝间距加倍，屏幕上的干涉条纹会发生什么变化？解析：这个题目考察了双缝衍射的基本原理。
根据双缝衍射的公式dsinθ = mλ，其中d为狭缝间距，θ为干涉角，m为干涉级次，λ为波长。
当狭缝间距加倍时，根据公式可以得知，干涉角会减小，也就是屏幕上的干涉条纹会变得更加密集。
解题技巧：对于双缝衍射问题，同样要理解公式dsinθ = mλ。
在解题时，可以通过改变波长、狭缝间距或观察位置等条件，来分析干涉条纹的变化。
此外，还可以通过计算不同级次的干涉角，来进一步确定干涉条纹的特点。
四、衍射与波长的关系波长是衍射问题中一个重要的因素。
考虑以下题目：题目：一束波长为λ1的光垂直照射到一个狭缝上，观察到屏幕上的衍射图样。
波的衍射原理
波的衍射原理
波的衍射原理是一种关于波传播的现象和规律。
当波遇到一些障碍物或开口时，它会发生弯曲和扩散，并在障碍物边缘产生一系列干涉和衍射效应。
这种现象可被解释为波在通过障碍物边缘或开口时，波前会扩展成一组半圆形的次波，这些次波振荡相位差相同并干涉形成衍射图样。
衍射现象还涉及到入射波的频率和波长，以及障碍物或开口的尺寸。
如果障碍物或开口的尺寸较大，光波的衍射效应会更加显著。
与此同时，当波长较长时，即频率较低，衍射效应也会更加明显。
衍射是一种将波的能量以不同方向传播的现象，使得波能够绕过障碍物并在背后形成干涉图样。
这些干涉图样是由多个次波的叠加形成的，并在各个方向上产生明暗交替的条纹。
波的衍射原理在光学、声学以及其他波动领域中具有广泛的应用。
它被用于解释光的干涉和衍射现象，如振动沿直线或环形缝隙的光线、多缝干涉、衍射光栅等。
总的来说，波的衍射原理描述了波在通过障碍物或开口时的扩散和弯曲现象，以及在此过程中产生的干涉效应。
它是研究波动性质和波行为的重要原理之一，对于理解和解释波的传播行为有着重要的意义。
波的衍射 原理
波的衍射原理
波的衍射是一种波动现象，当波遇到遮挡物或通过狭缝时，会发生弯曲和扩散的现象。
这种现象是由波的传播特性和物体形状的相互作用引起的。
根据赛德斯瓦德定律，当波传播到一个开口边缘时，波会弯曲并向周围扩散。
如果开口的大小与波长相当，衍射效应会更加明显。
例如，当光通过一个狭缝时，光波会向两侧弯曲，形成一系列光的暗纹和亮纹，这种现象被称为单缝衍射。
类似地，当波通过多个狭缝时，衍射效应会更加复杂，形成一系列交叠干涉图案，称为多缝衍射。
波的衍射可以通过洛雷兹方程和惠更斯-菲涅尔原理来解释。
洛雷兹方程描述了波动传播的行为，根据该方程，衍射效应是由波在传播过程中受到物体边缘的干扰导致的。
惠更斯-菲涅
尔原理认为，波前上的每个点都可以看作是次波波源，所有这些波源都会发出球面波，而波的衍射则是这些球面波的叠加效应。
波的衍射在光学、声学和波动力学等领域中具有重要的应用。
例如，衍射光栅是一种常见的光学元件，可以用于分光、干涉和波前调制等方面。
此外，衍射还被应用于声学中的声学干涉和声学成像，以及电子波束在微小开口和结构中的传播等领域。
总结来说，波的衍射是一种波动现象，当波传播到边缘或通过孔隙时，会发生弯曲和扩散的现象。
这种现象可以通过洛雷兹方程和惠更斯-菲涅尔原理来解释，具有广泛的应用。
波的衍射名词解释
波的衍射名词解释波的衍射是物理学中的一个重要现象，它是指波在通过障碍物或穿过孔径时发生弯曲和扩散的现象。
波的衍射通过改变波的传播方向和强度分布，使波能够绕过障碍物或进入狭窄通道，并在周围空间中形成干涉图样。
首先，为了理解波的衍射现象，我们需要先了解一些基本概念。
波在扩展的过程中，会呈现波长、频率和振幅等性质。
波长是指波的一个周期内所占据的距离，频率则是指波动中每秒钟所发生的周期数，而振幅则决定了波的能量大小。
在波传播过程中，如果它遇到一个大小与波长相当的障碍物或孔径，就会发生衍射现象。
波的衍射可以通过几何光学和波动光学来解释。
在几何光学中，光被看作是沿着直线传播的粒子，而波动光学则将光视为波动现象，通过波动模型来描述光的传播行为。
相比几何光学，波动光学更能解释和预测波的衍射现象，因为它能够考虑到波的波长和障碍物的大小之间的相互作用。
波的衍射现象可以通过惠更斯-菲涅尔原理来解释。
该原理认为，每一个波前上的每一点都可以看作是次级波的发射源，这些次级波在传播过程中相互干涉，并形成新的波前。
当波遇到一个孔径或障碍物时，每一个点都会成为发射源，发射出次级波。
这些次级波会在周围空间形成干涉，最终形成衍射图样。
波的衍射图样可以分为不同类型，具体取决于衍射孔径或障碍物的形状和波的性质。
最常见的类型是单缝衍射和双缝衍射。
在单缝衍射中，波通过一个狭窄的孔径时，会在后方形成中央亮度较高的主极大衍射条纹，并在两侧形成较暗的次级极大和极小。
而在双缝衍射中，波通过两个紧密相邻的狭缝时，会形成一系列交替分布的明暗条纹，其中主极大和次级极大的亮度会不断变化。
除了单缝和双缝衍射，还有一些其他类型的衍射现象。
这包括圆形孔径的衍射、掠射条件下的衍射、分波镜和光栅的衍射等。
每一种衍射现象都有其独特的图样和特点，可以通过实验和数学模型进行研究和分析。
波的衍射现象不仅在光学中存在，还存在于其他波动现象中，如声波、水波等。
在声波衍射中，声音在穿过一个洞或绕过一个障碍物时也会发生弯曲和扩散。
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4. 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（ 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
7.如图所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到
达区域的示意图， 情况中水波的频率最大；－－ 情况中水波的频率最小。
a
b
c
题11图
8.甲乙两人分乘两只船在湖中钓鱼，
两船相距24 m。有一列水波在湖面上 传播，使每只船每分钟上下浮动10次。 当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这 时两船之间还有一个波峰。则此水波的 波长为多少？若此波在传播过程中遇到 一根竖立的电线杆，是否会观察到明显 的衍射现象？
教学目标 （1）观察波的叠加动画。知道波的叠加 原理. （2）观察水波干涉图样。知道什么是波 的干涉条件、干涉现象和干涉图样； （3）知道干涉现象也是波所特有的现象。 教学重点：波的叠加原理、波的干涉条件、 干涉现象和干涉图样。 教学难点：波的干涉图样
波能绕过障碍物继续传播的 现象，叫做波的衍射。
水 波 的 衍 射
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条件，当不满足 上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是 衍射现象不明显，不易被我们观察到
加强:两列波引起的 振动方向始终相同。 减弱：两列波引起的 振动方向始终相反。
频率相同的两列波叠加
实 验 演 示
实验的抽象描述
两个波源传过来的
波都要引起介质质 点振动，为什么有 的点的振幅很大， 而另一些点的振幅 却几乎为零呢？
二 波的干涉
（一） 波的干涉
频率相同的两列波叠加，使 某些区域的振动始终加强，某些 区域的振动始终减弱，并且振动 加强和振动减弱的区域互相间隔 这种现象叫做波的干涉，形成的 图样叫做干涉图样。
到两波源的路程差（波程差）△s满足: s n ——减弱 ——加强 s (2n 1)
2
练习：
1、以下关于波的衍射的说法，正确的 是…………………………………………（ ） A、波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B、当孔的尺寸比波长小，衍射现象明显 C、当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显 D、只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明 显的衍射现象 2、下列现象属于波的衍射现象的 是……………………………………………（ ） A、在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声 B、“空山不见人，但闻人语响” C、“余音绕梁，三日而不绝” D、夏日的雷声有时轰鸣不绝
两波源的频率相同。
四 加强点和减弱点的 分布规律
1、若两波源振动情况完全相同
a2
b2
b3
a4 a3 a1 b4
b1
Ｓ1
Ｓ2
若两波源振动情况完全相同
到两波源的路程差（波程差）△s满足:
s n
s (2n 1)
2
——加强 ——减弱
四 加强点和减弱点的 分布规律
2、若两波源振动情况完全相反
一、衍射现象
波的衍射——波展延到“影子”区域 里的现象。
衍射是所有波共有的一种现象，一 切波都能发生衍射．同时，它也是 波所特有的现象
一 波的叠加原理
1、波传播的独立性
几列波相遇之后， 仍然 保持它们各自原有的特征 （频率、波长、振幅、振动 方向等）不变，并按照原来 的方向继续前进，好象没有 遇到过其他波一样.
3.关于波的衍射下列说法中正确的是（ AEFH ） A．在衍射现象中，波不是沿直线传播的 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 D．不能发生明显衍射的，必定不是波 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 H．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显
a2
b2
b3
a4 a3 a1 b4
b1
Ｓ1
Ｓ2
若两波源振动情况完全相反
到两波源的路程差（波程差）△s满足:
s n
s (2n 1)
——减弱
2
——加强
若两波源振动情况完全相同
到两波源的路程差（波程差）△s满足:
s n
s (2n 1)
2
——加强
——减弱
若两波源振动情况完全相反
5、水波通过小孔发生了一定程度的衍射，为使衍射 现象更明显，可以……………………（ ） A、增大小孔的尺寸，同时增大水波的频率 B、增大小孔的尺寸，同时减小水波的频率 C、缩小小孔的尺寸，同时增大水波的频率 D、缩小小孔的尺寸，同时减小水波的频率 6、在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动 的频率是5 Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s， 为观察到显著的衍射现象，小孔直径D应 为……………………………………（ ） A、10 cm B、5 cm C、D > 1 cm D、D < 1 cm
叠加
•红绿光束空间交叉相遇 (红是红、绿是绿，…) •听乐队演奏 (仍可辨出不同乐器的音色、 旋律) •空中无线电波很多 (仍能分别接收各个电台)
2、叠加原理
在相遇区域内任一点的振动， 为各列波单独存在时在该点所引起 的振动位移的矢量和.
当波峰与波峰、波谷 与波谷相遇时振动加强。 当波峰与波谷 相遇时振动减弱。
（二）干涉图样的特点： 1、两列频率相同的波 叠加，振动加强点始终加强， 振动减弱点始终减弱。 2、振动加强点和振 动减弱点是间隔出现的。
（二）干涉图样的特点： 3、振动加强点是指振 幅较大的点，不是位移始终 最大。 4、干涉图样中，不 只有振动加强的质点和振 动减弱的质点。
三 产生干涉的 必条件：