清華大學物理學概論第5章波動2衍射和干涉課件

§5.2波的衍射從本節(jié)開始介紹波動的基本性質衍射現(xiàn)象干涉現(xiàn)象多普勒效應實驗判據(jù)：衍射和干涉現(xiàn)象1一.惠更斯原理1.物理上的定性和半定量方法實際：一些理想模型可以寫出漂亮的方程（如平面諧波）

但

大多數(shù)情況是很難寫出波動方程的所以物理上通常采用定性和半定量的方法加以補充（實際上是相當重要的補充）要解決波的傳播問題原則：列出波動方程然后解方程從而得到運動的表述2惠更斯原理就是非常成功的定性和半定量方法1678年惠更斯提出：簡潔的作圖法定性解決了波的傳播問題稱惠更斯原理

菲涅耳在光學方面做了重要發(fā)展稱惠－菲原理經(jīng)基爾霍夫在數(shù)學上描述發(fā)展成“光傳播”的重要計算手段

所以說：在研究波的傳播問題中

波動方程和惠更斯原理同等重要相互補充32.惠更斯原理基本內容：子波概念波面上任一點都是新的振源發(fā)出的波叫子波子波面的包絡線--新波面

t時刻各子波波面的公共切面（包絡面）就是該時刻的新波面作用：已知一波面就可求出任意時刻的波面4t+t時刻波面·····ut波傳播方向t時刻波面···············t+tut在各向同性介質中傳播例：5衍射是否明顯？視衍射物（包括孔、縫）的線度與波長相比較對一定波長的波線度小衍射現(xiàn)象明顯線度大衍射現(xiàn)象不明顯入射波平面波入射波平面波衍射物衍射物平面波經(jīng)小孔衍射成球面波7水波通過窄縫時的衍射8u2t媒質1折射率n1媒質2折射率n2i法線B入射波A··E·Cu1u1t··FDu2折射波傳播方向r導出折射定律得折射定律絕對折射率定義即10如果第1介質是空氣第2介質是水實驗結果：折射角小于入射角結論：光在空氣中傳播的速度大于水中的速度后來光速測量說明了上述結論的正確歷史表明：惠更斯原理給出了光的波動說歷史上介入了關于光的本性認識的爭論由11一.波的疊加原理和線性方程

1.波的獨立傳播原理各振源在介質中獨立地激起與自己頻率相同的波每列波傳播的情況與其他波不存在時一樣實際例子:紅綠光束交叉樂隊演奏空中無線電波等§5.3波的干涉122.疊加原理在各波的相遇區(qū)各點的振動是各列波單獨在此激起的振動的合成線性疊加滿足線性波動方程相應的介質叫線性介質只有各波都較弱時才滿足線性疊加如果各分波都是S.H.W.

那各點就是S.H.V.的合成13細雨綿綿獨立傳播14二.波的干涉相干條件特殊條件的S.H.W.的疊加這種疊加的結果叫干涉(現(xiàn)象)所要求的條件叫相干條件滿足相干條件的波叫相干波波源叫相干波源疊加叫相干疊加15場點P是兩個同方向的同頻率的S.H.V.的合成結果取決于兩振動的相位差2.波場中的強度分布振源S1振源S2兩振源在場點P產(chǎn)生的諧振動分別為17兩諧振動的相差叫兩波波程差由于在波場中確定點有確定的相位差所以每一點都有確定的A從而在波場中形成了穩(wěn)定的強度分布干涉的特點:強度分布穩(wěn)定合成的振幅18所以所謂相位差恒定就是波源初相差恒定實際波：波源振一次發(fā)出一列波實現(xiàn)干涉的艱難任務是實現(xiàn)初相差恒定在確定的場點P確定干涉結果取決于波源的初相差討論1）關于相位差恒定202）如果最強最弱從波程差直接判斷強度分布21例已知：相干波源求：c點的干涉結果解：22

沿相反方向傳播的兩列振幅相等的相干波相干疊加產(chǎn)生駐波相差波腹波節(jié)三.駐波23波腹波節(jié)波節(jié)波腹波節(jié)波腹24相鄰波腹間距為相鄰波節(jié)間距為實際應用：測波速波節(jié)波腹演示火焰駐波繩上駐波252.有界弦（腔）的駐波簡正