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1、10.3.1 惠更斯原理惠更斯原理10.3 波的衍射和干涉波的衍射和干涉10.3.2 波的衍射波的衍射10.3.3 波的叠加原理波的叠加原理10.3.4 波的干涉波的干涉10.3.5 驻波驻波10.3.6 多普勒效应多普勒效应10.3.1 惠更斯原理惠更斯原理1. 惠更斯原理的表述惠更斯原理的表述2. 惠更斯原理的应用惠更斯原理的应用 波所到达的每一点都可看作发射次级子波所到达的每一点都可看作发射次级子波的波源，新的波阵面就是这些次级子波波波的波源，新的波阵面就是这些次级子波波阵面的包迹阵面的包迹. 已知某一时刻的波阵面，用几何方法决已知某一时刻的波阵面，用几何方法决定下一时刻的波阵面，可以解
2、释波的反射、定下一时刻的波阵面，可以解释波的反射、折射和衍射等现象折射和衍射等现象.utR 1)(2ttuR 1S2So1S2S10.3.2 波的衍射波的衍射 波在前进中遇到障碍物时波在前进中遇到障碍物时, 能够经绕能够经绕过障碍物的边缘而前进过障碍物的边缘而前进. 这种现象称之为这种现象称之为 当狭缝的尺度和波长大小接近时当狭缝的尺度和波长大小接近时, 才才发生明显的衍射现象发生明显的衍射现象.10.3.3 波的叠加原理波的叠加原理 各振源所激起的波可在各振源所激起的波可在 质中质中地传播，不改变各自的波长、频率和振地传播，不改变各自的波长、频率和振动方向动方向. 在各个波相互交叠的区域，各
3、点在各个波相互交叠的区域，各点的振动则是各个波的振动则是各个波在该点激起在该点激起的振动的的振动的 相遇前后各自独立；相遇前后各自独立； 相遇时相互叠加相遇时相互叠加10.3.4 波的干涉波的干涉 相干波源相干波源两个频率相同、振动方向相两个频率相同、振动方向相同、具有恒定相位差的振源同、具有恒定相位差的振源. 相相 干干 波波由相干波源发出的波称之由相干波源发出的波称之为相干波为相干波. 设两相干波源设两相干波源S1和和S2 ，其振动方程为，其振动方程为 2202011010coscos tAytAy 如图所示设两波在如图所示设两波在P 点相遇，则两波源点相遇，则两波源在在P 点激发的振动方
4、程为分别为点激发的振动方程为分别为 222211112cos2cosrtAyrtAyP1r2r1S2S21yyy tAcos cos2212221AAAAA 112222rtrt 12122rr 波程差波程差12rr 令令波程差引起的相位差波程差引起的相位差讨讨 论论: 212 则则3 , 2 , 1 , 02 kk 当当 干涉相长干涉相长21AAA 3 , 2 , 1 , 012 kk 当当 干涉相消干涉相消21AAA 若两波源的初相位相同，即若两波源的初相位相同，即 2= 1 2 则则 3 , 2 , 1 , 02123 , 2 , 1 , 022kkkk ）（干涉相长干涉相长干涉相消干涉
5、相消 xtAyxtAy2cos2cos211. 驻波的形成驻波的形成10.3.5 驻波驻波 设有两列频率、振幅、振动方向分别设有两列频率、振幅、振动方向分别相同，相位差恒定相同，相位差恒定, , 但传播方向相反的平但传播方向相反的平面简谐波，沿面简谐波，沿x 轴传播轴传播, , 其波动方程为其波动方程为其合位移为其合位移为振幅因子振幅因子21yyy xtAxtA2cos2costxA cos2cos2 谐振因子谐振因子振幅最大，称为振幅最大，称为波腹波腹 kx 22 . 1 . 02 kkx 02cos x当当 2122 kx21 kkxxx12cos x当当 2 . 1 . 0412 kkx
6、 振幅为零，称为振幅为零，称为波节波节21 kkxxx2. 驻波的特点驻波的特点下面通过图形来看驻波下面通过图形来看驻波0 tuuyA2x4Tt uuyx2Tt uuyA2x43Tt uuyx2 nL 3. 弦线上的驻波弦线上的驻波 驻波在每一段中的各点，振动相位是相驻波在每一段中的各点，振动相位是相同的，驻定不变的，所以称之为同的，驻定不变的，所以称之为 驻波被波节分成长为半波长的许多段，驻波被波节分成长为半波长的许多段，每段中各点的振动是同相位的，但波节两侧每段中各点的振动是同相位的，但波节两侧点的振动却是反相位的点的振动却是反相位的. . 当波从波疏媒质垂直射到与波密媒质的当波从波疏媒质
7、垂直射到与波密媒质的界面上而反射时，产生界面上而反射时，产生半波损失半波损失. 如果波是从特性阻抗较小的介质如果波是从特性阻抗较小的介质（波疏波疏介质介质）反射回来，则在反射处，反射波的振反射回来，则在反射处，反射波的振动相位与入射波的相同，称为全波反射动相位与入射波的相同，称为全波反射. 特性阻抗特性阻抗 反射，反射， 折射，折射，uZ 全波反射全波反射 全波反射全波反射波疏介质波疏介质波密介质波密介质 半波反射半波反射 如果波是从特性阻抗较大的介质如果波是从特性阻抗较大的介质（波密波密介质介质）反射回来，则在反射处，反射波的振反射回来，则在反射处，反射波的振动相位与入射波的相反，称为动相位
8、与入射波的相反，称为半波反射半波反射. 这这种现象称之为种现象称之为半波损失半波损失. 半波反射半波反射波密介质波密介质波疏介质波疏介质1. 波源静止波源静止, ,观测者以速度观测者以速度V0向波源运动向波源运动10.3.6 多普勒效应多普勒效应 设波源发出的波的频率为设波源发出的波的频率为 0，周期为，周期为T, ,波在媒质中的速度为波在媒质中的速度为u . .观测者观测者uS0V 0Vu uTVu0 001 uVTVs 2. 观测者静止观测者静止, ,波源以速度波源以速度Vs向观测者运向观测者运动动Ssv TVs观测者观测者u uTVus 0 sVuu TVTus1 3. .波源和观测者都
9、运动波源和观测者都运动若波源和观测者相向运动，若波源和观测者相向运动， 00 V,0 sV0 ssVuTV 因为波源运动，波长为因为波源运动，波长为 0Vu 因为观测者运动，波速为因为观测者运动，波速为000 sVuVuVu 例例 一声源其振动频率为一声源其振动频率为 . .（1）当它以当它以 的速度向静止的观测者运动的速度向静止的观测者运动时，观测者接收到的频率是多大？时，观测者接收到的频率是多大？（2）如如果声源静止果声源静止, ,而观测者以而观测者以 的速度向的速度向声源运动时声源运动时, ,观测者接收到的频率是多大？观测者接收到的频率是多大？设空气中的声速为设空气中的声速为 . .Hz10001sm20 1-sm20 1sm340 Hz106310002034034001 sVuuHz105910003402011002 uV解解
普通物理PPT课件10.3波的衍射和干涉
