波的衍射
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。
高中物理课件：波的衍射
光也是一种波，也可以发生衍射，但是光波很短， 远小于日常的障碍物，不容易发生明显衍射，因 此平常情况下认为光是直线传播的。
一、波的衍射
一切波都能发生衍射，而要发生明显 的衍射现象须满足一定条件，当不满足条 件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现 象不明显，不易被观察到。
二、波的叠加
1.波的独立传播原理
三、波的干涉
产生干涉的条件：两列波的频率相同.
小结
一、波的衍射
1.波可以绕过障碍继续传播，这种现象叫做波的衍射。
2.发生明显衍射的条件：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。
二、波的叠加
1.波的独立传播原理 2.波的矢量和原理
三、波的干涉
1.定义：频率相同的两列波叠加，使某些区域内的振动加强，某 些区域内的振动减弱，这种现象叫做波的干涉
大象的鼻腔很大可以发出频率很低的声波(次声 波)，传，为什么要用超声 波不是次声波，如果是次声波会发生什么情况？
B超检查 超声波测速
超声波探伤仪
从这些案例中可以发现，声波要 发生明显衍射也需要满足条件： 障碍物的尺寸与波长相差不多， 或者比波长更小
2.波的矢量和原理
三、波的干涉
1.把振动最激烈的质点 连起来，为振动加强区
2.振动最不激烈或静止 的质点连起来，为振动 减弱区
大显身手
如图所示，实线和虚线分别表示振幅A、频率f 均相同的两列水波的波峰和波谷．此刻，M是波 峰与波峰相遇点．下列说法中正确的是（ ） A．M质点的位移总大于P质点的位移 B．M质点为振动加强点，O质点为振动减弱点 C．随着时间的推移，M质点将向O点处移动 D．该时刻O、M两质点间的高度差为4A
波的衍射
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
小结：
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
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？
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。
波的衍射_
15.5波的衍射
理学院孙玉萍
波的衍射现象
实例1: 水波
波的衍射现象
“隔墙有耳实例2：声波
波的衍射现象
波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播，这种现象即为衍射现象。
1、波为什么能够发生衍射现象？
2、衍射现象明显程度与什么因素有关？
15.5.1 惠更斯-菲涅耳原理
惠更斯原理：
介质中传播到的各点，都可看作是发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波的包络就是新的波前（波阵面）。
(1) 惠更斯原理的应用
利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向（作波面的垂直线）。
ˆn ΔθS
S
一叶障目不见泰山
“闻其声而不见其人”.为什么?“一叶障目, 不见泰山”.为什么?
人耳所听声波的波长范围是1.7cm到17m，
人眼所能看见的可见光波长范围在400nm到760nm之间
思考与讨论
1、在有些偏远的山区，收音机能收到清晰的声音信号，而电视机信号却不清晰。
2、超声波频率高，故超声波能量大，
才容易穿透皮肤和组织；超声波波长短，不易衍射，在一定距离内沿直线传播，方向性好，故所拍图像清晰。
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。
- 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)。
《波的衍射》专题实验论文
摘要：波的衍射专题实验共包括三个实验，光栅衍射实验、单缝衍射光强度的测量及光敏器件的应用和微波布拉格衍射。
这三个实验虽然都和衍射相关，但是三个实验又各有不同，其中单缝衍射主要是对衍射进行观察并学会利用光敏器件测量光强分布；光栅衍射则是通过衍射现象去了解光栅的特性，而微波布拉格衍射实验则是通过实验学习微波布拉格衍射理论以及学会一种测量波长的方法。
关键词：衍射、微波布拉格衍射、光栅衍射
正文：
背景：波的衍射是直播在其传播路径上如果遇到障碍物它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影内传播的现象，作为电磁波，光也能产生衍射现象。
衍射现象已公费为两类，一类是光源和观察屏（或二者之一）离开衍射孔或缝的距离有限，这种衍射称为菲涅耳衍射（进场衍射）；另一类是光源和观察屏都在离衍射孔或缝无限远处，这种衍射称为夫琅禾费衍射（远场衍射）。
夫琅禾费衍射其实是菲涅耳衍射的一种极限情形。
惠更斯原理：介质中的任一波阵面上的各点，都可以看作是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。
用惠更斯原理很容易解释波的衍射现象。
所谓波的衍射是指波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向发生改变，能绕过障碍物的边缘继续前进的现象。
当波遇到狭缝或小孔时，这些开口处的各点都可以看作是发射子波的波源，做出这些子波的包迹面，就得出新的波阵面，这样就形成了衍射现象。
论述:
一、单缝衍射:
实验方法：一、手动测量（1）调整光路，打开激光器取狭缝与光敏探测器之间距离为90cm 左右，透镜和狭缝的光敏探测器的距离为80cm，并调节仪器使它们同轴等高。
（2）观察记录单缝衍射现象。
（3）测量单缝衍射的光强分布及缝宽，转动调节光电池位置的旋柄，是光敏探测器狭缝对准衍射图纹，仔细确定光强度为极大值时狭缝的位置，并记录。
然后向一侧稍微移动一点狭缝，这样使峰值包含在内，然后测量出光强直到第二级暗纹处为止。
（4）取下单缝，用读数显微镜测量缝宽；二、自动测量（1）调好光路，检查光强，使衍射条纹清晰。
（2）采集信号、并记录数据。
实验现象：光强成对称分布；中间明条纹的宽度最宽，约为其他明条纹宽度的两倍;缝越窄，衍射越显著，缝越宽，衍射越不明显。
实验结果：根据实验所得数据画出单缝衍射光强分布曲线图，由公式a sinφ=+kλ计算出缝宽。
二、光栅衍射：
实验方法：（1）调节分光计，然后在载物台上放置光栅，调节光栅位置是光栅刻痕与分光计转轴平行。
（2）转动望远镜，观察光栅衍射特性。
（3）测量光栅中央亮条纹的角度及中央亮条纹两侧正负1级各条谱线相对中央亮条纹的偏角。
实验现象：可以从望远镜中观察到光栅衍射条纹，中间为一条明亮条纹，在他左右两侧各有紫、绿和两条黄色光条纹。
实验结果：根据所测得的数据计算出各种光的波长，并且用两条黄光计算出光栅的叫色散率。
三、微波布拉格衍射：
实验方法：一、测量微波波长（1）调节微波分光计，使两个喇叭同轴等高，且通过分光计中心，接通电源。
（2）调节晶体管检波器与微波传播导管的匹配。
（3）测量微波波长；二、验证布拉格公式（1）对于100晶面族的衍射，晶面间距d=4cm，在衍射角
20°到70°之间每隔1°读一次微安表读数I（衍射强度），读数过程中，两个喇叭对被测晶体面有良好的对称性，既符合入射角等于反射角。
实验结果:根据所测出来的数据，在坐标纸上画出I-θ关系图像，找出衍射强度的两个极大值对应的掠射角，并与计算的进行比较。
（2）做110面的I-θ图，找出衍射强度极大值对应的掠射角，求出晶面间距d。
扩展：波不但具有衍射的性质还具有像干涉、折射等一系列的性质，当然除了单缝衍射、光栅衍射、微波布拉格衍射外，还有很多很多的衍射现象，例如：X射线衍射、泊松亮斑等。
还有就是波的衍射这一特性也在很多领域得与应用，例如：采用X光透镜替代单色仪双聚焦镜应用于生物蛋白大分子晶体衍射分析,照射晶体样品的光强提高1-2个量级,衍射强度的提高远大于5倍,大大缩短了测试时间,分辨能力改善；以单色标量波衍射理论为基础，研究了均匀平面波从不同角度入射小孔阵列的衍射特性。
运用单孔衍射理论，同时考虑相邻小孔间衍射光强的相互影响，建立了小孔阵列衍射的理论模型和光强分布的数值积分式，小孔为硬边小孔。
小孔阵列衍射理论为太阳敏感器的光学系统设计和图像处理提供了可靠的理论基础。
总结：
通过这三个实验我对波的衍射性质有了更加深刻地认识，知道了波的衍射是所用的波所共有的又是波所特有的性质，不但普通的机械波具有衍射特性，像电磁波、微波等都具有衍射特性。
而且波的衍射特性还有许多的应用，想可以利用它来测量微波波长、光波波长。
并且在做实验的过程中更加明白了，现在的我们只懂的书本的知识，却缺乏实际动手操作能力，虽然每次实验前都能写好实验预习报告，明白应该如何去完成实验，但是每次真正的操作时，又会感到力不从心，很多地方明明知道应该怎么做，但是就是不能达到预期的结果，所以我们应该经常动手，在实践中检验自己的知识。
（2291字）参考文献
张三慧《大学物理学》清华大学出版社
杨长生高等函授学报（自然科学版）2004年01期
颜一鸣,罗萍《核技术》1999年第12期（网上资料）
成正维《大学物理实验》高等教育出版社
吴柳《大学物理学（下）》高能高等教育出版社。