大學(xué)物理(下冊(cè))課件10.6波的疊加原理 波的干涉_第1頁(yè)
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實(shí)驗(yàn)表明:不同波源產(chǎn)生的波在同種介質(zhì)中傳播時(shí),無論相遇與否將各自獨(dú)立保持原有特征不變,并按各自原傳播方向前進(jìn);在相遇區(qū)域任一點(diǎn)的振動(dòng),為各列波單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)引起振動(dòng)位移的矢量和。10.6波的疊加原理波的干涉10.6.1波的疊加原理*疊加原理:兩個(gè)以上的波在同一區(qū)域傳播時(shí),介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移是每一波動(dòng)單獨(dú)傳播時(shí)引起波的干涉現(xiàn)象:頻率相同、振動(dòng)方向平行、相位相同或相位差恒定的兩列波相遇時(shí),使某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng),而使另一些地方振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象,稱為波的干涉現(xiàn)象。。

10.6.2波的干涉的振動(dòng)位移矢量和,這是波的疊加原理所指出的規(guī)律;1.兩波源頻率相同;2.兩波振動(dòng)方向平行;3.兩波源相位差恒定;

波的相干條件:1.滿足相干條件的波稱為相干波;2.產(chǎn)生相干波的波源稱為相干波源;注意:4.兩波源振幅相同;水波干涉到達(dá)點(diǎn)P的兩個(gè)分振動(dòng):波的干涉現(xiàn)象:滿足相干條件的兩列波相遇時(shí),使某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng),某些地方振動(dòng)始終減弱的現(xiàn)象。。

波源振動(dòng):(1)(2)討論兩相干波產(chǎn)生的干涉圖樣:**點(diǎn)P的合振動(dòng):(3)(4)(5)由于是任意選取的空間一點(diǎn),故討論結(jié)果對(duì)空間任意點(diǎn)均成立,由上述結(jié)果可知:。

振動(dòng)始終加強(qiáng)a.(6)振動(dòng)始終減弱b.(7)其他c.(8)于是有結(jié)論:A.(6)式為空間振動(dòng)始終加強(qiáng)的條件;B.(7)式為空間振動(dòng)始終減弱的條件;注意:(6)、(7)式也稱為相干波的干涉加強(qiáng)、減弱條件。只要相干波滿足該條件,則空間就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)始終加強(qiáng)、減弱的干涉現(xiàn)象;

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b.(7)(6)a.特例:兩相干波源的初相相同,則,令為相干波源各自到P點(diǎn)的波程差,則干涉條件可簡(jiǎn)化為:

.

(8)(10)(9)故有:故干涉條件簡(jiǎn)化為:振動(dòng)始終減弱振動(dòng)始終加強(qiáng)于是有結(jié)論:當(dāng)兩相干波在空間相遇,其干涉結(jié)果是加強(qiáng)還是減弱,取決于兩波源初相差和兩波源至該點(diǎn)的波程差;即取決于兩個(gè)因素:

.

(10)(9)波程差若則振動(dòng)始終減弱振動(dòng)始終加強(qiáng)其他討論:例題10.6.1如圖所示,兩相干波源分別在P,Q兩點(diǎn),它們振幅相同皆為2cm,頻率為100HZ,兩波源初相位相同,P、Q之間的距離為15cm,設(shè)波速為,R為PQ連線上的一點(diǎn),求:兩波在R處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的合振幅.解:分析P、Q是兩相干波源,在R處發(fā)生相干疊加,R處的振幅由干涉加強(qiáng)、干涉減弱關(guān)系式可得:其中:由題意知:可得:所以:結(jié)論:即R處質(zhì)點(diǎn)因干涉而靜止!一.駐波的產(chǎn)生駐波:振幅、波速均相同的兩相干波,在一直線上沿相反方向傳播,疊加形成的干涉現(xiàn)象。日常生活中的駐波:樂器中的管、弦、膜、板的振動(dòng)形成駐波;駐波理論在聲學(xué)、光學(xué)等學(xué)科中都有重要應(yīng)用;10.6.3駐波(StandingWaves)1.駐波方程思路與方法:利用振動(dòng)合成,導(dǎo)出駐波方程,

設(shè)兩相干波的波函數(shù)為:(1)(2)兩波相遇處質(zhì)點(diǎn)的合振動(dòng):然后詳細(xì)討論;(3)駐波的振幅與位置有關(guān)各質(zhì)點(diǎn)均作同頻率諧振動(dòng)注意:上式即為駐波方程;

1.駐波振幅:討論:(3)若x確定則(3)描述:坐標(biāo)為x的質(zhì)點(diǎn)作振幅A(x)、頻率的諧振動(dòng),此時(shí)(3)為質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程;故(3)描述的是細(xì)弦上所有質(zhì)點(diǎn)作同頻率、相位的振動(dòng),但質(zhì)點(diǎn)的振幅因其位置不同而異!駐波的振幅隨x

而變但與時(shí)間無關(guān);對(duì)確定的x振幅是常量;.

c.不滿足a、b的點(diǎn),其振幅介于2A、0之間;d.波腹、波節(jié)的位置不隨時(shí)間變化,波形不傳播,故

b.凡是滿足的點(diǎn),其振幅最大為2A,這

些點(diǎn)振動(dòng)最強(qiáng),稱其為波腹;a.凡是滿足的點(diǎn),其振幅為零而不振動(dòng),稱其為波節(jié);

此特殊的波稱為駐波;又可得相鄰兩波節(jié)的間距為:(5)

2.波腹、波節(jié)的位置:a.波節(jié)坐標(biāo)滿足的條件:令:(4)b.波腹坐標(biāo)滿足的條件:令:又可得相鄰兩波腹的間距為:(6)(7)總之:10(a)相鄰波腹(節(jié))間距

相鄰波腹和波節(jié)間距(c)波腹波節(jié)(b)c.一種測(cè)量波長(zhǎng)的方法:相鄰波節(jié)之間質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)同相位,任一波節(jié)兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)反相位,在波節(jié)處產(chǎn)生的相位躍變;。

由(5)、(7)式知:兩相鄰波節(jié)的間距=兩相鄰波腹的間距故只要測(cè)量任意兩相鄰波節(jié)的間距,就可確定相干波的波長(zhǎng);。

3.駐波中各點(diǎn)的相位:4.相位躍變(a)波從波疏介質(zhì)垂直入射波密介質(zhì),被反射到波疏介質(zhì)時(shí)形成波節(jié),入射波與反射波在此處的相位相反,即反射波在分界處產(chǎn)生的相位躍變,相當(dāng)于出現(xiàn)了半個(gè)波長(zhǎng)的波程差,稱為半波損失;5.的能量(b)波從波密介質(zhì)垂直入射到波疏介質(zhì),被反射到波密介質(zhì)時(shí)形成波腹。入射波與反射波在此處的相位相同,即反射波在分界處不產(chǎn)生相位躍變。注意:駐波能量在相鄰波腹、節(jié)間往復(fù)變化,在相鄰波節(jié)間發(fā)生動(dòng)、勢(shì)能間的轉(zhuǎn)換:動(dòng)能主要集中在波腹,勢(shì)能主要集中在波節(jié),但無長(zhǎng)距離傳播.

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6.弦線上的駐波形成駐波的條件:線長(zhǎng)等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍;即應(yīng)滿足:其中:兩端固定的弦線線長(zhǎng);波速:;波長(zhǎng);頻率;波腹個(gè)數(shù):;2nl=例題10.6.2

平面簡(jiǎn)諧波波動(dòng)方程為,波在固定端處發(fā)生全反射,到原點(diǎn)的距離為試求(1)反射波的波動(dòng)方程;(2)駐波方程;

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