波的叠加、干涉和惠更斯

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3,波的叠加、干涉和衍射,2.3.1,波的叠加与干涉,1.,波的叠加原理,当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其他波一样，这就是波的叠加原理，又称波的独立性原理。如：,2.,波的干涉,两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉现象。产生干涉现象的波叫相干波，其波源称为相干波源。,波的叠加原理是波的干涉现象的基础，波的干涉是波动的重要特征。在超声检测中，由于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大极小值。,3.,机械波课件,g2wlkj-10,波的叠加和干涉,.swf,波的干涉计算,现在讨论在空间某点,P,发生干涉加强或减弱的条件。波的干涉计算用图如下图所示。,设有两个相干波源，它们的振动表达式分别为：,合振动振幅的表达式：,结论：,（,1,）当两相干波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合振幅达最大值。,（,2,）当两相干波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合振幅达最小值。若,A,1=,A,2,，则,A,=0,，即二者完全抵消。,2.3.2,驻波,两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相迭加而成的波，称为驻波。,如连续波的反射波和入射波互相迭加（全反射）就会形成驻波。另外脉冲波在薄层中的反射也会形成驻波。驻波是波动干涉的特例,驻波形成演示,驻波的形成演示,.swf,驻波特点,设入射波和反射波的波动方程分别为,：,驻波的波动方程,驻波的,3,个特点,2.3.3,波的衍射,声波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何声学传播定律的现象。,水波的衍射,机械波课件,g2wlkj-10,水波的衍射,.swf,1.,惠更斯,-,菲涅耳原理,该原理是说明波传播过程中波阵面在媒质中传播规律的基本原理，,可作为求解波传播问题的一种近似方法。最开始是作为光的衍射理论而出现，由于声和光具有共同的波动性，后来渐渐将其引入到声波的衍射研究中来。,几何光学表明，光在均匀媒质中按直线定律传播，光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是，光是一种电磁波，当一束光通过有孔的屏障以后，其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内，也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。总之，衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布，又区别于光波自由传播时的光强分布，衍射光强有了一种重新分布。衍射使得一切几何影像失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家格里马尔迪在,17,世纪首先精确地描述了光的衍射现象，,150,年以后，法国物理学家菲涅耳于,19,世纪最早阐明了这一现象。,1690,年，荷兰物理学家惠更斯在创立光的波动说时首先提出：行进中的波阵面上任一点都可看作是新的次波源，而从波阵面上各点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。根据惠更斯原理，可以说明波的折射和反射定律等传播情况，但不能说明衍射现象。,1815,年，菲涅耳引入波的相干性,即各次波到达某点的作用，要考虑到次波间的相位关系，补充了惠更斯原理。,应用：解释衍射、反射等基本现象；确定波前的几何形状和波的传播方向,波的衍射,2.,波的衍射（绕射）,图,1.22,超声波在介质中传播时，若遇到缺陷,AB,，据惠更斯菲涅耳原理，缺陷边缘,A,、,B,可以看作是发射子波的波源，使波的传播方向改变，从而使缺陷背后的声影缩小，反射波降低。波的绕射和障碍物尺寸及波长的相对大小有关。,图,1.23,缺陷与超声波的相互作用,波的衍射对检测既有利又不利。由于波的绕射，使超声波产生晶粒绕射顺利地在介质中传播；由于波的衍射，可以采用衍射波检测缺陷，这是有利的。但同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检，这又是不利的。,超声衍射试验,photoelastic.avi,