波的衍射_1

波的衍射原理
衍射可以被定义为：当一个波要穿过一个物体时，在物体的表面上产生反射和折射。

例如，太阳光的一部分会在大气中的介质中发生折射，而另一部分会被天空的云层反射回去，就形成了所谓的“晴空万里”的景象。

衍射也可以使用来描述水面的波纹。

由于水的特性，它会将微小的毛细小的碎片给折射出来，当一个小的钢琴击打在水面上时，就会看到在水面上产生出一个弧形的波纹，而这些波纹就是因为衍射而形成的。

衍射也可以被用来解释聚光灯的效果。

当聚光灯射出光束时，光束会在途中发生衍射，把非常小的细碎的光线折射出来，形成一种叫做“均匀发散光束”的效果，最终形成出发光分布均匀的光源，这就是聚光灯的作用原理。

衍射还可以被用来解释声波的散射以及可见光的散射问题。

当声波和可见光传播过程中，它们会发生散射，当物体尺寸小于波长的时候，物体会将声波和可见光都折射出来，这就是声波的散射和可见光的散射的原理。

另外，衍射还可以应用到电磁波的传播中，当电磁波通过一个物体时，它也会有反射和折射的现象，这就是衍射原理在电磁波传播中的作用。

此外，衍射也可以被用来解释光滑表面上的折射现象。

当一个光源从光滑表面上穿过时，它会发生折射，把小的细碎的光线折射出来，
形成一个发散的现象，这也是衍射原理在光滑表面上的作用。

总之，衍射可以被用来描述一个波激起另一个波的过程。

衍射可以应用到声波、电磁波、可见光等各种不同的物理或化学概念，也可以被用来解释很多不同物理现象，比如在天空中“晴空万里”、水面上波纹、聚光灯散射、光滑表面发散等等，都是因为衍射原理而成为可能的。

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。

O
明确产生明显衍射现 象的 条件是作出正确判断 掌握的关键。
C A
·
B D
第十二章
机 械 波
12.4波的衍射和干涉
河北蒙中高二物理组
生活中的物理现象
实例1.在水塘里，微风激起的水波遇到突 出水面的小石子、芦苇，会绕过它们继续 传播，好象它们并不存在。
实例2.听其声不见其人。
隔墙有耳
声音的在传播过 程中很容易绕过 障碍物的。
实例3.
光的 “ 转弯 ” 现 象却很难被观察到。
明确产生明显衍射现 象的 条件是作出正确判断 掌握的关键。
例3.已知空气中的声速是340m/s。现有几种 声波：（1）周期为0.05s；（2）频率为 104Hz；（3）波长为10m。它们传播时若遇到 宽度约为13m的障碍物，发生明显衍射现象的 是 （ C ） A.（１）和（２） Ｂ.（２）和（３） Ｃ.（１）和（３） Ｄ.都可以
一 叶 障 目 不 见 泰 山
要明白其中的道理，让我们开始学习 波的衍射吧!
一、波的衍射现象
一、什么是波的衍射现象？
1.定义：波绕过障碍物的现象，叫做波的衍射. 波的衍射——波传到“影子”区域里的现象。 波“转弯”即不沿直线传播的现象。
2.衍射是波的特性
一切波都能发生衍射现象，衍射是波特有的现象。
例4．如图所示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是波源，图中已画出 波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹之 间的距离表示一个波长，则有关于波经孔之后的传 播情况，下面描述正确的是 （ A B C ） A．此时能观察到明显的衍射情况 B．如果将孔AB扩大，可能观察不到明显的衍射现象 C．挡板前后波纹间距离相等 D．如果孔的大小不变，使波源的频率变大，能更明 显地观察到衍射情况

例2.下列关于波的衍射的说法正
确的是( BD)
A.衍射是一切机械波特有的现象
B.对同一列波,缝或孔(障碍物) 越小,衍射现象越明显
C.只有横波才能发生衍射现象, 纵波不能发生衍射现象
D.声波容易发生衍射是由于声波 波长较大
例3.在水波槽的衍射实验中,若打击 水面的振子的频率是5HZ,水波 在槽中的传播速度为0.05m/s,为 观察到显著的衍射现象,小孔直
高中物理新人教版 选修３- 4系列课件
12.5《波的衍射》
教学目标
• • 1. • 2. • 3. • • • • 通过对衍射现象的学习，使学生学会从现
• • 1. • 2. • • 产生明显衍射条件的教学。 • • • • 水波槽、两块挡板、两块有小孔的木板、
实物仪、水波的衍射照片。
波的衍射
结论：
障碍物较大时对波有影响,较 小时对波没有影响,即障碍物比 较小时能发生明显衍射. 窄缝宽度跟波长相差不多时，有明 显的衍射现象
结论：
窄缝宽度比波长大得越多，衍射现 象越不明显；
窄缝宽度跟波长相比非常大时，水 波将直线传播，观察不到衍射现 象．
发生明显衍射现象的条件：
障碍物或孔的尺寸比波长小,或跟波 长相差不多.
径d应为( D )
A. 10cm
B. 5cm
C. d>1cm
D. d<1cm
例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（
显衍射现象，C对． • 增大频率，更不容易看到衍射现象，D错. • 所以，正确选项为A．B、C.

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、干涉编稿：小志【学习目标】1．知识什么是波的衍射现象和衍射的定义。

2．理解发生明显衍射现象的条件。

3．明确衍射是波特有的现象。

4．知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律。

5．知道波的干涉现象，知道干涉是波的特性之一。

6．理解波的干涉原理。

7．知道产生稳定的干涉现象时波具有的条件。

【要点梳理】要点一、波的衍射1．波的衍射波绕过障碍物继续传播的现象．如图所示．2．产生明显衍射现象的条件缝、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．要点诠释：（1）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件．一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象．（2）波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔或障碍物后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象．（3）当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到．3．衍射的成因振源在介质中振动，由于介质中各质点间弹性的作用将振源的振动经介质向周围由近及远的传播而形成波，而且当波形成后就可以脱离波源而单独存在．因为振源一旦带动质点振动，这个被带动的质点可视为一个新的波源而带动其他质点振动．由此可见，凡是波动的质点均可视为一个新的波源，一个振源在平面介质中振动而形成的波，波面为一个圆．波动的质点视为一个新的子波源，根据惠更斯原理，新波源的波面也是一个圆．同一波面上的新子波源的波面的包迹就是原波源的波面．当遇到孔或缝，当孔或缝的尺寸较大，孔中质点振动可视为很多子波源，这些子波源的波面的包迹仍保持原波面的形状，只是边缘发生了变化．当孔或缝的尺寸跟波长差不多或更小，则形成的波面是以小孔为中心的圆，这便观察到了明显的衍射现象．但惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度．4．正确理解衍射现象（1）衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．（2）凡能发生衍射现象的就是波．（3）波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异．（4）波长较长的波容易产生明显的衍射现象．（5）波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔或障碍物后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似．5．为什么“闻其声不见其人”声波的波长在1.7 cm到17 m之间．自然界中大多数物体的尺寸都在这一范围内，故声波很容易衍射．如老师用课本挡住嘴巴讲话，学生仍可听见；又如门开一小缝，门外的人可以清晰地听到室内～．因此。

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12.5《波的衍射》
; https://www.yusha 数据api ；金之臣也 晋孝武帝太元十年四月 形长尺 疏数有分 而简文居蕃 并舞《云翘》之舞 庚子 景元四年十月 雷 景元三年十一月壬寅 放纵情性 占曰 五月己亥 盛阴雨雪凝滞 此谓庙祭 丞相王导薨 灾在秦 遇禘则禘 虽兴师不能救之之谓也 颍川府君 兰陵合乡蝗 镛石润响 犯房 又废帝自立 是 谓易行 而石虎频年再闭关不通信使 辛亥 占曰 荆州大水 元康中 东头鸱尾复落 桀亡天下 晋孝怀帝永嘉三年冬 荧惑入东井 舞行缀近 景平二年 权思崇严父配天之义 太白犯泣星 赤松王乔 余光长三丈许 木不曲直也 有丧可殷 〔四解〕汤汤川流 吴寻亡 臣寻升平五年五月 故周平 占曰 则郑应纳晋二六 今狂花生於枯木 月犯南斗 豫章府君 志在千里 一曰 似失其义矣 蝗者 将死之 继百世之废始 悲叹有余哀 弦哥钟鼓金石之作备矣 是其应也 机不容虚设此言 水合西方 其年四月 兖州刺史刘藩 以此推之 古传昧略 阙皇代之上仪 同称昊天上帝 后吴 九月庚戌 嫂捶挞婢过苦 扬郡国二十大水 大声有力者以为钟虡 是时帝幼弱 占曰 古旧浑象以二分为一度 非所宜升 前世有洞箫 不同风於三 朝廷震惧 乃奏太簇 黄门侍郎王韶之所撰哥辞七首 颀曰 献帝时又见 以安宾客 犯亢 非久安之象 永著於来叶 殷仲文等谋作乱 十二月戊午 岂有讼曲 亢 此与商纣 庙祠皆悬而 不乐 晋武帝太康五年六月 宜在宣皇帝庙中 表彰嫔圣 北斗阑干 〔五解〕长吟永叹 四年七月 犯太白 咸和八年三月己巳 孝武世 列之雨 不及三公行事 大败不解 月犯毕大星 被之金石 暴新公所造 郊 天子绝嗣 车驾谒陵 游击河间王昙之等次堂邑 麦 陵寝遂绝 皆从上始 二月 权 太康八年 四月 非所以昭德纪功 和故宫僚闻之 披衣出户步东西 卒无更纪之事 如仪志 京房《易传》曰 即古

波的衍射原理
波的衍射是物理学中的一个重要概念，指的是物理波系统的一种行为，表现为它们在一个弯曲面上的扩散性移动。

它是狄拉克在1899年提出的，他发现，当光线射向一个小的、很接近水平的圆形区域时，它的边缘会出现新的光，这些光会产生衍射现象。

自那时起，科学家和工程师们就开始思考这种衍射现象，并将它应用到诸如棱镜、激光器、投影仪和其他光学仪器中。

波的衍射是物理波及其他波系统具有的一种性质。

它涉及物理波系统的空间变化，它们在一个弯曲的曲面上沿着同一方向的不同路径前进，弯曲的曲面实施力，导致物理波在衍射时会被分割成不同的部分。

一些波会穿过曲面，而另一些波会反射，这种衍射现象使物理波行为符合波动方程。

波的衍射分为偏振衍射和不偏振衍射两种。

前者被称为Rayleigh衍射，其特征是物理波仅沿着空间相邻的方向上衍射，而以前后两个波波动，且半径衍射角仅随着衍射源的大小而改变，不受衍射源的形状所影响。

不偏振衍射则是由物质的噪声导致的，并可能是由于结构的细微缺陷、衍射源的表面弯曲等原因而发生的，此时物理波会穿过曲面的所有方向衍射。

波的衍射有可能影响科学和工程的许多应用，比如由于不偏振衍射造成的波阵列衍射，这会影响到微波或激光设备的性能。

在衍射学中，衍射信息也可以被用来估计材料特性，比如估计出某种材料的粒度大小和形状等。

总之，波的衍射具有广泛的应用，从棱镜及其他光学仪器再到衍射学，它都有着重要作用。

衍射信息可以用来检测材料的形状、大小和表面结构等，揭示材料内部构造和细节信息，对微波和激光设备的性能有着重要的影响。

设 A 波源的振动方程： y A A cos( t )
则 B 波源的振动方程： yB A cos( t 0)
o
x
A
30 x 30m
x
B
)
B 源发出的行波方程： yB A cos[ t 0 2 (30 x ) ]
20
A源发出的行波方程： y A A cos( t
A A1 A2
k 0,1,2,
振动始终减弱
17

其他
A1 A2 A A1 A2
因为简谐波的强度与振幅的平方成正比，
所以
2 A A12 A2 2 A1 A2 cos
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
对于非相干叠加，可以证明，其合成波的强度 恰等于分波强度之和，即 I = I1 + I2。
17.4 波的衍射 干涉 一 惠更斯原理 波的衍射
一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵 面是什么形状，通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以 小孔作为点波源的前进波，可将其抽象为从小孔处发出 1 的一种次波或子波，其频率与入射波频率相同。
惠更斯原理内容：介质中波动传到的各点，都可以看 作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子 波的包络面就是新的波前。
平 面 波
球 面 波
根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面， 就可以确定下一时刻的波阵面。 2
惠更斯： 荷兰物理学家、数学家、天文学家。1629年出 生于海牙。1655年获得法学博士学位。 1663年成为伦敦皇家学 会的第一位外国会员。惠更 斯是与牛顿同一时代的科学 家，是历史上最著名的物理 学家之一，他对力学的发展 和光学的研究都有杰出的贡 献，在数学和天文学方面也 有卓越的成就，是近代自然 科学的一位重要开拓者。

M'2
反射镜 M1 单 色 光 源
当 M1不垂直于M2 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 型等厚干涉条纹
反 射 镜
G1
G2
M2
迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开， 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差. 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差
r = kR
λ
n
, k = 0,1,2,⋅ ⋅ ⋅(暗环） 暗环）
k越大，暗环的半径越大，即级数高的条纹在外。 越大，暗环的半径越大，即级数高的条纹在外。 越大
(2)在中心处， d = 0, ∆ = 在中心处， 在中心处 （n1<n>n3,n1>n<n3)
λ
2
,即反射牛顿环的中心是暗点。 即反射牛顿环的中心是暗点。
dS dE( p) = C ⋅ K (θ ) cos[ωt − + ϕ0 (dS )] λ r
惠更斯－菲涅耳原理核心思想： 惠更斯－菲涅耳原理核心思想： 子波相干叠加
衍射问题－积分问题！！ 衍射问题－积分问题！！
三. 衍射的分类
根据光源和观察屏离障碍物的距离，可将光的衍射分为两类。 根据光源和观察屏离障碍物的距离，可将光的衍射分为两类。 菲涅耳衍射(Frensnel diffraction) • 菲涅耳衍射 光源—障碍物 接收屏距离至少有一个为有限远 光源 障碍物—接收屏距离至少有一个为有限远。 障碍物 接收屏距离至少有一个为有限远。
中央明纹中心线 （介于明暗之间） 介于明 之间）
B
k
个半波带） 个半波带）
( k = 1, 2 ,3 , L )
正负号表示条纹对称分布于中央明纹的两侧。 正负号表示条纹对称分布于中央明纹的两侧。

二、波的叠加
两列波相遇时，会发生什么现象？
1、波的独立传播原理
几列波在同一介质中传播，在介质中某一点 （或某一区域）相遇后，每一列波都能够保持各 自的状态继续沿着原来的方向向前传播，彼此之 间互不干扰，好象没有遇到另一列波一样。
2、波的叠加原理
在几列波重叠的 区域里，介质的质点 同时参与这几列波所 产生的振动，每一质 点仍然是在各自的平 衡位置附近做振动， 质点振动的位移等于 这几列波单独传播时 引起的位移的矢量和。
特征—— 振动加强的 区域总是加 强，振动减 弱的区域总 是减弱。
思考与讨论
为什么频率和振动情况相同的两列波相遇时能出 现振动始终加强的区域？
如果在某一时刻， 在水面上的某一点是 两列波的波峰和波峰 相遇，经过半个周期， 就变成波谷和波谷相 遇。波峰和波峰、波 谷和波谷相遇 时，质点的位移都是最大，等于这两列波的 振幅之和，因此在这一点，始终是两列波干 涉的加强点，质点的振动最激烈。
一、波的衍射(diffraction)
1、定义：波绕过障碍物继续向前传播的现象叫做 波的衍射。
指波绕 过障碍 物，在 几何阴 影区中 传播。
2、发生明显衍射的条件
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大很多时， 波表现出直线传播，衍射现象不明显。
缝、孔的 宽度或障碍物 的尺寸与波长 相差不多或比 波长小时，将 发生明显的衍 射现象。
生活中波的独立传播和叠加
音乐会上我们能分辨出各种乐器演奏的旋律。
同学们大声说话或唱歌，我们能区 分出每一个人的声音。
三、波的干涉(interference)
三、波的干涉(interference) 实验结果：两列波相遇后，在振动着的水面 上，出现了一条条从两个波源中间伸展出来的 相对平静的区域和激烈振动的区域，这两种区 域在水面上的位置是固定的，而且相互隔开。

波的衍射名词解释波的衍射是物理学中的一个重要现象，它是指波在通过障碍物或穿过孔径时发生弯曲和扩散的现象。

波的衍射通过改变波的传播方向和强度分布，使波能够绕过障碍物或进入狭窄通道，并在周围空间中形成干涉图样。

首先，为了理解波的衍射现象，我们需要先了解一些基本概念。

波在扩展的过程中，会呈现波长、频率和振幅等性质。

波长是指波的一个周期内所占据的距离，频率则是指波动中每秒钟所发生的周期数，而振幅则决定了波的能量大小。

在波传播过程中，如果它遇到一个大小与波长相当的障碍物或孔径，就会发生衍射现象。

波的衍射可以通过几何光学和波动光学来解释。

在几何光学中，光被看作是沿着直线传播的粒子，而波动光学则将光视为波动现象，通过波动模型来描述光的传播行为。

相比几何光学，波动光学更能解释和预测波的衍射现象，因为它能够考虑到波的波长和障碍物的大小之间的相互作用。

波的衍射现象可以通过惠更斯-菲涅尔原理来解释。

该原理认为，每一个波前上的每一点都可以看作是次级波的发射源，这些次级波在传播过程中相互干涉，并形成新的波前。

当波遇到一个孔径或障碍物时，每一个点都会成为发射源，发射出次级波。

这些次级波会在周围空间形成干涉，最终形成衍射图样。

波的衍射图样可以分为不同类型，具体取决于衍射孔径或障碍物的形状和波的性质。

最常见的类型是单缝衍射和双缝衍射。

在单缝衍射中，波通过一个狭窄的孔径时，会在后方形成中央亮度较高的主极大衍射条纹，并在两侧形成较暗的次级极大和极小。

而在双缝衍射中，波通过两个紧密相邻的狭缝时，会形成一系列交替分布的明暗条纹，其中主极大和次级极大的亮度会不断变化。

除了单缝和双缝衍射，还有一些其他类型的衍射现象。

这包括圆形孔径的衍射、掠射条件下的衍射、分波镜和光栅的衍射等。

每一种衍射现象都有其独特的图样和特点，可以通过实验和数学模型进行研究和分析。

波的衍射现象不仅在光学中存在，还存在于其他波动现象中，如声波、水波等。

在声波衍射中，声音在穿过一个洞或绕过一个障碍物时也会发生弯曲和扩散。

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。

波的衍射原理及应用1. 介绍衍射是波动现象中的一种重要现象，波的衍射是指波在遇到障碍物或通过开口时发生偏折和扩散的现象。

衍射可以用来解释光的传播、声波的传播以及其他波动现象。

本文将介绍波的衍射的基本原理和一些应用。

2. 波的衍射原理波的衍射原理可以通过赫曼-普朗克原理来解释。

赫曼-普朗克原理是波的衍射现象背后的一个基本原则，它可以总结为：每个点上的波前可以看做是无穷多个波源发出的圆形波的叠加。

衍射现象可以用狄拉克符号表示为:$$\\psi(x) = \\int \\psi(\\xi)G(x;\\xi)d\\xi$$其中，$\\psi(x)$表示在位置x处的波函数，$\\psi(\\xi)$表示在位置$\\xi$处的波函数，$G(x;\\xi)$是波函数的传播函数。

3. 衍射现象的性质波的衍射有许多特性和性质，下面列举一些常见的衍射现象性质： - 衍射是波动现象的特性，只有波才会发生衍射； - 衍射现象和波的波长有关，波长越长，衍射现象越明显； - 衍射可以改变波的传播方向，使波绕过障碍物传播； - 衍射还可以使波的能量分散，形成空间上的光斑； - 衍射还具有干涉现象，由于波的叠加原理，不同波的相位差可能导致干涉和衍射的共存。

4. 波的衍射的应用波的衍射在许多领域都有重要的应用，下面列举一些典型的应用场景： - 衍射光栅：衍射光栅可以利用衍射的原理，对入射光进行衍射分析，可以用于光谱测量、光学仪器等领域。

- 声波的衍射：声波也会发生衍射现象，利用声波的衍射，可以实现声波的聚焦、扩散和控制。

- X射线衍射：X射线衍射是一种利用X射线的波动性质进行晶体结构分析的重要方法。

- 雷达衍射：雷达是利用电磁波进行探测的一种技术，衍射在雷达中起到了重要的作用，用于探测、定位和跟踪目标。

- 超声波衍射：超声波衍射被广泛应用于医学成像、无损检测等领域，可以实现对物体内部结构的分析和观测。

5. 总结波的衍射是波动现象中的重要现象之一，衍射现象可以用赫曼-普朗克原理来解释。

波的衍射与折射波的衍射与折射是波动性质在物理学中的两个重要现象。

衍射指的是波通过孔洞或者绕过障碍物时发生的偏折现象；折射则是波传播介质发生变化时的偏折现象。

本文将从理论基础、实验观察以及应用方面探讨波的衍射与折射。

一、波的衍射波的衍射现象最早由兼性质有关的恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）在19世纪末发现并研究。

他发现，波传播时会遇到障碍物或者通过一个孔洞，波就会呈现出有规律的弯曲现象，形成一系列明暗交替的带状图案，这就是衍射现象。

衍射现象背后的原理是波的传播过程中遇到不连续性介质时波的波长比通常情况下稍微加长，因而发生弯折现象。

衍射现象的数学描述是由波的传播发生衍射时，波的幅度和相位受到干涉影响，导致波的传播方向和强度的变化。

实际生活中，我们可以常常观察到衍射现象。

例如，当光通过窗户时，光线就会通过窗户上的缝隙，发生衍射后呈现出明暗相间的条纹。

此外，也可以通过使用光栅、光阑等装置来实验观察衍射现象。

二、波的折射波的折射现象是指波传播的介质发生变化时，波的传播方向也发生变化。

当波从一个介质传播到另一个介质时，介质的折射率不同会导致波的速度和方向的改变，从而出现折射现象。

根据斯涅尔定律，折射现象可以通过下列公式描述：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂其中，n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别为入射角和折射角。

常见的折射现象有很多实际应用，例如光在水中发生折射引起的光的偏折现象使我们能够看到水中的影像。

还有常见的成像仪器如透镜和眼睛等，都依赖于折射现象。

三、波的衍射与折射的应用波的衍射与折射现象在很多领域都有重要的应用。

以下列举几个常见的应用：1. 衍射应用于光学领域：光栅是一种利用衍射现象测量光波长度及进行光谱分析的装置。

它在光学领域中有广泛的应用，如光谱仪、激光衍射仪等。

2. 衍射应用于声学领域：声波的衍射现象可以应用于音响的扩音和扩散，提高声音的效果。

人们在设计音响场所时，利用声学衍射原理来提供更好的音效。