波的衍射
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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。
波的衍射与偏振现象波是一种能量传播的方式,我们可以在生活中见到各种各样的波,比如光波、声波等。
波的衍射和偏振现象是波动学中的两个重要概念,对于理解光学和声学现象有着重要的作用。
一、波的衍射波的衍射是指波传播遇到障碍物或通过狭缝时发生的现象。
当波遇到一个比其波长大得多的孔径时,波能够继续传播且呈直线传播,这被称为几何光学中的直线传播。
然而,当波遇到一个与其波长相当的孔径时,波将发生弯曲和扩散,波的能量会出现在孔径的背后,形成衍射现象。
衍射现象可以用赫歇尔原理来解释,该原理表明波通过小孔时会形成一系列的球面波,并且这些球面波在孔后重新组合形成新的波前。
这个过程导致了波的弯曲和扩散,从而在孔后形成衍射图样。
衍射的强度和形状取决于波的波长和孔的大小。
当波的波长较大时,衍射效应会更加明显,而当孔的尺寸较大时,衍射效应也会增强。
同时,孔的形状和光源的性质也会对衍射图样产生影响。
二、波的偏振波的偏振是指波动在传播过程中发生的振动方向的限制。
通常情况下,波动的振动方向可以在空间中沿无数个方向进行,这被称为自然光。
然而,一些特定的波动可以被限制在特定的振动方向上,这种波动被称为偏振光。
偏振光可以通过偏振片来制备。
偏振片是一种具有特殊结构的光学元件,可以选择性地通过特定方向的光振动。
当自然光通过偏振片时,只有与偏振片振动方向相同的光才能够透过,其他方向的光则被阻挡。
这样,就能够得到特定方向上偏振光。
偏振光在光学方面有着广泛的应用,例如在液晶显示器中,液晶分子可以通过调节振动方向来控制光的透射和阻挡,从而实现图像的显示。
三、波的衍射与偏振的关系波的衍射与偏振在物理学中是密切相关的。
当偏振光通过一个孔径或障碍物时,由于波的衍射效应,振动方向也会发生扭曲和扩散。
这就导致了在衍射图样中,偏振光的振动方向也随之发生改变。
衍射对于不同偏振光的效果也有所不同。
根据波的波动性质,我们可以观察到不同偏振光在衍射图样中的分布情况和特点。
波的衍射与干涉波的衍射和干涉是光学领域中重要的现象,揭示了光的波动性质。
本文将详细介绍波的衍射和干涉的概念、原理以及应用。
一、波的衍射波的衍射是指波在遇到障碍物或开口时发生偏折和传播的现象。
它是波动理论的重要验证之一。
波的衍射可以观察到光的波动性质,证明了光既可以看作粒子也可以看作波动。
波的衍射满足一定的条件,主要包括波长、障碍物或开口的尺寸以及光波的入射角等。
当波长足够短时,衍射现象不明显;而当波长较长时,衍射现象则较为明显。
此外,障碍物或开口的尺寸与波长的比值也是衍射现象的重要因素之一。
波的衍射可通过光的经典波动理论和费涅尔衍射公式进行描述。
根据费涅尔衍射公式,当光波通过一个小孔或者细缝时,会在衍射屏上形成一系列明暗相间的条纹,这种现象即为衍射。
二、波的干涉波的干涉是指两个或多个波源相遇,产生相互叠加的现象。
干涉可以是构成增强或减弱的相长干涉,也可以是构成明暗相间的干涉条纹。
波的干涉揭示了光的波动性质以及波传播的特性。
波的干涉满足一定的条件,主要包括光源的相干性、波的频率、波的相位差以及干涉程度等。
当两个波源具有相同的频率、相干性以及适当的相位差时,波的干涉现象就会显露出来。
波的干涉现象可以通过杨氏双缝干涉实验来观察。
杨氏实验中,光源通过两个狭缝后,形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这些条纹的出现是由于两个波源的光波叠加所产生的。
三、波的衍射与干涉的应用波的衍射与干涉在现实生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1. 衍射光栅:衍射光栅是利用衍射现象制备的光学元件,广泛应用于光谱仪、激光器、显微镜以及光学通信等领域。
2. 干涉测量:干涉测量利用波的干涉性质进行精密测量,如干涉仪、Michelson干涉仪被广泛应用于长度、折射率以及形状的测量。
3. 衍射成像:X射线衍射和电子衍射成像是在材料科学和结构分析中常用的手段,有助于分析物质的晶体结构和精细结构。
4. 涡旋光:涡旋光是一种具有自旋角动量的光波,其波前呈现螺旋状。
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》知识清单一、什么是波的衍射波的衍射指的是波在传播过程中遇到障碍物时,其传播方向发生改变,绕过障碍物继续传播的现象。
就好像水流遇到石头,水流会绕开石头继续流淌一样。
波的衍射是波的一种重要特性,它在很多领域都有着广泛的应用和重要的意义。
无论是声波、光波还是水波,都存在衍射现象。
二、波的衍射发生的条件要发生明显的波的衍射现象,需要满足一定的条件。
首先,障碍物或孔隙的尺寸与波长相比要差不多或者更小。
当障碍物或孔隙的尺寸远大于波长时,衍射现象通常不明显。
其次,波本身要有足够的能量。
能量较弱的波,即使满足尺寸条件,衍射效果可能也不太显著。
三、波的衍射的特点1、绕射性波能够绕过障碍物的边缘,进入几何阴影区域。
2、波长依赖性波长较长的波相对更容易发生衍射,且衍射效果更明显。
例如,在声波中,低频声音(波长较长)比高频声音(波长较短)更容易绕过障碍物。
3、能量重新分布在衍射区域,波的能量会重新分布,导致某些区域的强度增加,而某些区域的强度减小。
四、常见的波的衍射现象1、声波的衍射在一个房间里,即使我们站在声源的“死角”,也能听到声音,这就是声波的衍射现象。
比如,在一个墙角说话,声音可以绕过墙角传到另一边。
2、光波的衍射我们通过一个小孔观察光源,会看到明暗相间的条纹,这就是光波的衍射。
还有,在光学仪器中,衍射会影响成像的清晰度。
3、水波的衍射当水波遇到障碍物或者通过狭窄的通道时,会发生明显的衍射,水波会弯曲并扩散到障碍物的后方。
五、波的衍射的应用1、无线电通信无线电波在传播过程中会遇到各种建筑物和地形的阻挡,通过衍射可以绕过这些障碍物,保证信号的覆盖范围。
2、医学超声成像超声波在人体组织中传播时会发生衍射,医生可以利用这一现象来获取人体内部器官的信息,进行疾病的诊断。
3、光学仪器设计在光学仪器如显微镜、望远镜的设计中,需要考虑衍射对成像质量的影响,以优化仪器的性能。
六、波的衍射与干涉的区别波的衍射和干涉是波的两个重要特性,但它们有所不同。
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。
波的衍射原理
波的衍射是一种波动现象,当波遇到遮挡物或通过狭缝时,会发生弯曲和扩散的现象。
这种现象是由波的传播特性和物体形状的相互作用引起的。
根据赛德斯瓦德定律,当波传播到一个开口边缘时,波会弯曲并向周围扩散。
如果开口的大小与波长相当,衍射效应会更加明显。
例如,当光通过一个狭缝时,光波会向两侧弯曲,形成一系列光的暗纹和亮纹,这种现象被称为单缝衍射。
类似地,当波通过多个狭缝时,衍射效应会更加复杂,形成一系列交叠干涉图案,称为多缝衍射。
波的衍射可以通过洛雷兹方程和惠更斯-菲涅尔原理来解释。
洛雷兹方程描述了波动传播的行为,根据该方程,衍射效应是由波在传播过程中受到物体边缘的干扰导致的。
惠更斯-菲涅
尔原理认为,波前上的每个点都可以看作是次波波源,所有这些波源都会发出球面波,而波的衍射则是这些球面波的叠加效应。
波的衍射在光学、声学和波动力学等领域中具有重要的应用。
例如,衍射光栅是一种常见的光学元件,可以用于分光、干涉和波前调制等方面。
此外,衍射还被应用于声学中的声学干涉和声学成像,以及电子波束在微小开口和结构中的传播等领域。
总结来说,波的衍射是一种波动现象,当波传播到边缘或通过孔隙时,会发生弯曲和扩散的现象。
这种现象可以通过洛雷兹方程和惠更斯-菲涅尔原理来解释,具有广泛的应用。
4、波的衍射和干涉一、波的衍射1.波的衍射:波绕过障碍物的现象。
如声音传播中的“隔墙有耳”现象。
2.发生明显衍射的条件是:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。
3.波的衍射现象是波所特有的现象。
二、波叠加原理和独立传播原理1.~2.几列波相遇时能够保持各自的运动状态,继续传播,在它们重叠的区域里,介质的质点同时参与这几列波引起的振动,质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
三、波的干涉1.波的干涉:频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。
注意:(1)振动加强的区域振动始终加强,振动减弱的区域振动始终减弱;(2)振动加强(减弱)的区域是指质点的振幅大(小),而不是指振动的位移大(小),因为位移是在时刻变化的。
2.产生干涉的条件:两列波的频率必须相同。
3.干涉是波特殊的叠加:频率不同的两列波相遇,叠加区各点的合振动的振幅,有时是两个振动的振幅之和,有时是两个振动的振幅之差,没有振动总是得到加强或总是减弱的区域,这样的两列波叠加,是波普通的叠加,而不是干涉。
因此,干涉是波特殊的叠加。
4.干涉也是波特有的现象。
由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。
{5.当两相干波源振动步调相同时,到两波源的路程差△s是波长整数倍处是加强区;而路程差是半波长奇数倍处是减弱区。
振动加强位置公式:d1=s1-s2 =±nλ (n=0、1、2、3……)振动减弱位置公式:d2=s1-s2 =±(2n+1)λ/2 (n=0、1、2、3……):1.一列水波穿过小孔产生衍射现象,衍射后水波的强度减弱是因为( ) A 、水波的波长增大 B 、水波的周期增大 C 、水波的频率减小 D 、水波的振幅减小2.如图所示,S 为波源,M 、N 为两块挡板,其中M 板固定,N 板可上下移动,两板中间有狭缝。
衍射(Diffraction)又称为绕射,光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。
如果采用单色平行光,则衍射后将产生干涉结果。
相干波在空间某处相遇后,因位相不同,相互之间产生干涉作用,引起相互加强或减弱的物理现象。
衍射的条件,一是相干波(点光源发出的波),二是光栅。
衍射的结果是产生明暗相间的衍射花纹,代表着衍射方向(角度)和强度。
根据衍射花纹可以反过来推测光源和光珊的情况。
为了使光能产生明显的偏向,必须使“光栅间隔”具有与光的波长相同的数量级。
用于可见光谱的光栅每毫米要刻有约500到500条线。
1913年,劳厄想到,如果晶体中的原子排列是有规则的,那么晶体可以当作是X射线的三维衍射光栅。
X射线波长的数量级是10-8cm ,这与固体中的原子间距大致相同。
果然试验取得了成功,这就是最早的X射线衍射。
显然,在X射线一定的情况下,根据衍射的花样可以分析晶体的性质。
但为此必须事先建立X射线衍射的方向和强度与晶体结构之间的对应关系干涉干涉(intervention),是指影响一个主权国家内部事务的外部行为。
该词经常被用来描述对另外一个主权国家的内部事务进行粗暴干预的国际政治行为。
过问或制止,多指不应该管硬管。
干涉(物理)干涉(interference)为两波重叠时组成新合成波的现象。
波的重叠原理两波在同一介质中传播,相向行进而重叠时,重叠范围内介质的质点同时受到两个波的作用。
若波的振幅不大,此时重叠范围内介质质点的振动位移等于各别波动所造成位移的矢量和,称为波的重叠原理。
• 同相(in phase):若两波的波峰(或波谷)同时抵达同一地点,称两波在该点同相。
• 反相(out of phase):若两波之一的波峰与另一波的波谷同时抵达同一地点,称两波在该点反相。
两波交会后的波形和行进速度,不会因为曾经重叠而发生变化。
干涉的种类• 相长干涉(constructive interference)两波重叠时,合成波的振幅大于成分波的振幅者,称为相长干涉或建设性干涉。
波发生衍射的原理
波发生衍射的原理是由于波传播时会受到障碍物的干扰而产生偏折和弯曲的现象。
衍射是波传播时,遇到障碍物或通过狭窄的孔径时,波的传播方向会发生偏离原来的方向并产生弯曲的现象。
这是由于波的传播过程中,波的前沿在传播方向上会受到障碍物或孔径的阻碍,而波的其他部分则可绕过障碍物或孔径继续传播,导致波的传播方向发生改变。
具体来说,当波传播到达障碍物或孔径边缘时,部分波的能量会发生反射、折射或散射,而另一部分波则会绕过障碍物或通过孔径,随后再次传播。
当这些波再次重新汇聚时,它们会按波动的原理进行叠加,形成波的干涉效应。
根据干涉现象的性质,当波的峰与峰或波的谷与谷相遇时,会发生叠加加强,形成明亮的干涉条纹或最小亮度的暗条纹。
这就是衍射现象的基本原理。
总之,波发生衍射的原理是波传播时遇到障碍物或通过孔径时,波的传播方向发生改变并产生干涉效应,形成明暗条纹。
波的衍射现象及其特点分析波的衍射是一种波动现象,它描述了当波通过障碍物或开口时,波的传播方向会发生偏折、扩散和干涉等现象。
波的衍射是波动光学中的重要概念,不仅在科学研究中有广泛应用,也在日常生活中频繁出现。
本文将对波的衍射现象及其特点进行分析。
一、波的衍射现象衍射现象最早被荷兰科学家惠更斯研究并提出衍射原理。
当波遇到一个障碍物或经过一个开口时,波会朝着障碍物或开口的周围扩散,形成新的波前。
这种扩散导致波在物体后方形成衍射图样,即波的干涉和掠过障碍物的波绕射。
这种波的传播方式与直线传播相比,具有更广泛的倾斜角度和更大的扩散带宽。
波的衍射可分为几种主要类型:边缘衍射、孔衍射和屏障衍射。
边缘衍射发生在波通过边缘或障碍物的细小孔隙时,例如当光通过尺寸与波长相当的狭缝时,会出现明暗相间的衍射条纹。
孔衍射指的是波通过较大开口时,例如光通过一个小孔,会产生出射光的圆形扩散图案。
屏障衍射发生在波通过一个具有一定宽度的障碍物时,例如水波通过一个挡板时,会产生波前扩散和干涉的现象。
二、波的衍射特点1. 衍射角度与波长的关系。
根据惠更斯原理,波的衍射角度与波长成反比关系。
衍射角度越大,波长越短,波的扩散现象越显著。
这意味着不同波长的波在通过障碍物或开口时会发生不同程度的偏折和扩散。
2. 衍射带宽与波的宽度关系。
衍射带宽代表在波传播过程中,波的干涉和扩散所覆盖的范围。
衍射带宽与波的宽度成正比关系,波的宽度越大,衍射带宽越宽。
这意味着波在传播过程中会更加扩散,导致衍射图样的清晰度下降。
3. 衍射图样的特征。
不同类型的波通过障碍物或开口时,产生的衍射图样也具有不同的特征。
例如,边缘衍射的图样通常呈现出明暗相间的条纹,孔衍射的图样呈现出圆形扩散,屏障衍射的图样则是在屏障周围形成波前扩散的效果。
4. 波的衍射与干涉的关系。
波的衍射和波的干涉是密不可分的。
在波通过一个障碍物或开口时,波前扩散会导致干涉现象,即不同波的叠加和形成干涉条纹。
波的衍射与偏振波的衍射是波动现象中非常重要的一部分,它揭示了波在通过一个缝隙或障碍物之后会出现弯曲和散射的特性。
而波的偏振则是指波沿特定方向振动的性质。
本文将详细探讨波的衍射和偏振的相关概念、现象和应用。
首先,让我们从波的衍射开始。
当一个波通过一个缝隙或障碍物时,波会沿着不同的方向发生弯曲和散射,形成一系列的新波源。
这种现象被称为衍射。
波的衍射可以解释为波前的每个点都可以看作是次级波源,它们发出的波会相互干涉和叠加,最终形成波的衍射图样。
波的衍射是典型的波动现象,不仅出现在声波中,也出现在光波和其他类型的波动中。
对于音波,我们可以通过实验来观察到衍射现象。
例如,当声音通过一个狭窄的门缝时,我们可以听到声音会在门缝后方弯曲并扩散。
类似地,当光通过一个小孔或细缝时,也会出现衍射现象。
在单缝衍射实验中,我们可以观察到出现一系列明暗相间的衍射条纹。
这些衍射条纹是波通过缝隙后不同方向上的干涉和叠加结果。
接下来,我们来讨论波的偏振。
波的偏振是指波沿特定方向振动的性质。
在某些情况下,波的振动会发生在特定的平面上,这种波被称为偏振波。
通常来说,光是一种横波,它的振动方向垂直于传播方向。
然而,在某些情况下,光波的振动可以被限制在特定的平面上,这就是偏振光。
例如,偏振眼镜和偏振滤片可以用来选择性地消除或通过特定方向的光振动。
偏振也在天文学和材料科学等领域中具有广泛的应用。
偏振和衍射的相互作用也是一个有趣的研究领域。
当偏振光通过一个具有微小结构的表面时,衍射现象会改变光的偏振状态。
这被称为偏光衍射。
偏光衍射被广泛应用于光学技术中,包括显微镜、激光和光学通信等领域。
例如,偏光显微镜可以通过观察偏光光学现象来研究不同材料的性质和结构。
在总结中,波的衍射和偏振是波动现象中重要的概念和现象。
衍射揭示了波动在通过缝隙或障碍物后发生弯曲和散射的特性,而偏振描述了波沿特定方向振动的性质。
这些现象不仅在物理学中有广泛的应用,也在生活中有很多实际应用,例如声音和光的传播。
波的衍射【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。
1.波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射.2.观察到明显衍射的条件:只有缝、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时,才能观察到明显的衍射现象.(但也不能比波长小太多,当孔的宽度为波长的大约3/10时波的衍射现象已经不明显--与能量有关见③)3.相对于波长而言,障碍物的线度越大衍射现象越不明显,障碍物的线度越小衍射现象越明显。
(见图)重点衍射现象和发生的条件.难点根据实验现象进行分析.产生明显衍射现象的条件分析产生明显衍射现象必须具备一定的条件,障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小.说明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,仅是使衍射现象明显表现的条件.一般情况下,波长较大的波容易产生显著的衍射现象.②波传到小孔(或障碍物)时,小孔处(或障碍处)的波看作一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后的传播,于是就出现了波线偏离原波线传播方向的衍射现象.③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于能量减弱,衍射现象不容易观察到.典型例题例1 下列关于波的衍射的说法正确的是()A.衍射是一切机械波特有的现象B.对同一列波,缝、孔或障碍物的尽寸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解析一切波(包括横波、纵波)都能发生衍射,衍射是波特有的现象,所以选项A、C是错误的.只有缝、孔的宽度或障碍物的尽寸跟波长差不多或比波长小时才能观察到明显的衍射现象,所以选项B是正确的.声波的波长在1.7c m到17c m之间,一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比,正是由于声波的波长较长,声波容易发生衍射现象,所以选项D是正确的.答案B、D例2 如图10.5-1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(图中曲线)之间的距离表示一个波长.则关于波经孔之后的传播情况,下面描述正确的是( )A.此时能观察到明显的衍射现象B.如果将孔AB扩大,有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,使波源的频率增大,能更明显地观察到衍射现象解析图示表明孔的尺寸与波长相差不大,所以能够明显地观察到衍射现象,并且衍射波的继续在原介质中传播,波速和波长均不会改变,所以选A、B、C.答:A、B、C。
【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。
随着近代工业发展起来的声学,是古典声学、电子技术和各种工业应用相结合的产物,它还在随着工业的发展而继续发展。
【音】即“律音”。
具有单一基频的声音。
纯律音(或纯音)具有近似于单一的谐振波形。
这种律音可由音叉产生。
乐器则产生复杂的律音,它可以分解成一个基频以及一些较高频率的泛音。
参见“音品”。
【声源】一个向周围媒质辐射声波的振动系统叫“声源”。
例如,二胡、小提琴等弦乐器是靠弦的振动发声;笛子等管乐器是靠空气柱的振动发声;锣、鼓等膜乐器是靠板或膜的振动发声;唱歌或说话是靠咽喉声带的振动发声。
任何发声的物体都在振动着,所以把各种振动着的发产物体,叫做声源。
固体、液体、气体都能振动发声,都可视为声源。
【声波】弹性媒质中,各质点振动的传播过程称为“声波”。
它是一种机械波。
起源于发声体的振动频率在20赫兹与20000赫兹之间的声波能引起人的听觉,故又称可听声波,频率在10-4~20赫兹的机械波称为次声波,频率在2×104~2×108赫兹的机械波称为超声波。
次声波和超声波一般不能引起人的听觉。
从物理的观点来看,频率在20~20000赫兹的声振动与这个频率外的声振动没有本质上的不同。
因此,广义的声波包含次声波与超声波在内。
是否能引起人的听觉,不完全由机械波的频率决定,还与声强有关。
声波在固体中以纵波和横波两种形式传播,但在液体和气体中,则只能以纵波的形式传播。
【声速】又称音速。
是指声音在介质中的传播速度。
它与介质的密度、弹性系数以及介质所处的状态有关。
在固体中声波可以纵波和横波两种形式传播,其纵波的传播速度 v=根号下E比ρ(打不出来,o(∩_∩)o 不好意思啊,看懂就行啦)E是固体的弹性模量,ρ是它的密度。
在气体和液体中声波是纵波,其传播速度(跟纵波的一样,不打出来了)K是介质的体积弹性模量。
声音在空气中的传播速度随温度的升高而增大,它与绝对温度T的其中r为定压比热Cp与定容比热Cv之比,R为气体恒量。
通常以下式表示vt=331.45+0.6ltvt是t℃时空气中的声速,单位是米/秒,331.45米/秒是0℃时空气中的声速。
温度每升高1℃,声速约增加0.6米/秒。
【声波的反射】声源发出的声波,在传播过程中遇到障碍物时声波反射回来,谓之“声波的反射”。
北京天坛公园的回音壁、山谷中的回声、雷鸣,以及建筑物内的交混回响都是声波反射现象所造成的不同情况。
【回声】当声投射到距离声源有一段距离的大面积上时,声能的一部分被吸收,而另一部分声能要反射回来,如果听者听到由声源直接发音,这种反射回来的声叫“回声”。
如果声速已知,当测得声音从发出到反射回来的时间间隔,就能计算出反射面到声源之间的距离。
利用这个道理,已设计成水声测位仪,用以测量海水的深度。
回声是山谷中或大厅中常有的现象,夏天响雷轰轰不绝,也是雷声经天空密云层多次反射的回声。
广义讲,凡有这种性质的其他信号,都属回声。
例如,反射回来的超声波信号。
利用回声制造的回声探测仪、水声定向器、超声波探伤仪等,用声波探测鱼群、或用地面上爆炸声波的反射用以探测地下的油矿等。
【交混回响】声源停止作用后,声音的延续现象称为“交混回响”。
在各种建筑物中,声波要经过墙壁,天花板等多次反射和吸收。
混响持续时间的长短和反射声波的材料对声波的吸收有关。
如果每次只吸收很少一部分声能,则混响时间延长,使声音前后重迭辨别不清感到声音模糊。
如果混响时间过短,虽然对声音分辨很清楚,但使人对声音听起来枯涩、单调,有沉寂枯燥的感觉,对音乐演奏的效果很不适宜,影响对演奏的欣赏。
一般适当的时间在1~2秒之间,使混响时间降低60分贝。
各种物质的吸声性质用吸声系数来表示,吸声系数即吸收的声能在入射波能量中所占的百分比。
软而多孔的物质吸声系数大,而坚硬平滑的物质吸声的系数就小。
所以,交混回响时间的长短,是建筑物重要的声学性质。
例如,北京首都剧场的交混回响时间,满座时是1.36秒,空座时是3.3秒。
北京人民大会堂的交混回响时间,满座时是1.6秒,空座时是3秒。
【声波的干涉】可用音叉演示声波的干涉。
音叉的两个叉股是两个相同的波源,当音叉发声时,辐射出的两列波发生干涉,使音叉绕叉柄的纵轴旋转,或音叉不动,我们环绕正在发声的音叉走一周,会听到音叉的声音忽强忽弱。
当音叉产生的两列波发生干涉时,会出现相间的加强区和减弱区。
在加强区,空气的振动加强,我们听到的声音也强。
在减弱区,空气的振动减弱,我们听到的声音也弱。
声波的干涉是指在同一区域中,两列频率相同的持续声波相遇而迭加的现象,它只能在特定的条件下发生,不是常见的现象。
【声波的衍射】声波在通常情况下,有的表现为直线传播,有的会发生明显的衍射。
由于声波的波长约在1.7厘米到17米之间,它跟一般室内的障碍物以及门窗等物的尺寸相接近,当声波在传播过程中,碰到与声波波长差不多的障碍物,声波就能绕过障碍物传到它的背后去,即发生衍射现象。
【共鸣】发声器件的频率如果与外来声音的频率相同时,则它将由于共振的作用而发声,这种声学中的共振现象称作“共鸣”。
许多乐器应用振动体和空气柱的共鸣,来增强乐器发出的声音。
使两个共鸣箱相对放置(箱口相对),然后敲击一共鸣箱上的音叉,过一段时间后,以手握住被敲击的音叉,使其停止振动,此时可听到另一个未被敲击的共鸣箱发出声音,从而证实共鸣的产生。
由于二共鸣箱之一发生振动,附近空气向周围传播,另一共鸣箱和音叉即发生共鸣,故也能发出声音。
当两个物体的固有频率相同,或其中一个是另一个作为声源的固有频率的整数倍时,就会发生共鸣。
音叉下面所附的音匣是起着使声音加强的作用。
弦乐器如小提琴、琵琶、二胡等的琴身或琴筒,也都具有音匣的作用。
从前,所建戏台,往往在舞台下面放置几口大缸,同样是利用共鸣作用使台上演员和乐器发出的声音造成宏亮而圆润的效果。
【空气柱的共鸣】向细玻璃管的一端吹气,或将振动着的音叉放在管口处,可以听到管内空气发出声音。
这就是说,管内空气柱由于自身的振动而成为一个发声体。
若将一玻璃管的下端与盛有水的漏斗用皮管连通。
把一个频率为v的振动着的音叉放近管口,上下移动漏斗,用以改变管中空气柱的长度。
在某一长度处能听到声音最大,这是因为管中的空气柱在音叉产生的连续正弦声压的振动作用下,发生了受迫振动,当音叉振动频率恰好与空气柱的固有振动频率重合时,发生了共振。
慢慢调节,使管内水平面继续下降,还可在其他几个适当的空气柱长度,听到声音的强度达到最大值。
管内空气柱的这种由声波的作用而引起的共振现象叫做声的共鸣。
空气柱的长度L与声波的波长λ有如下的关系:又因为声源音叉的频率v固定不变,而空气柱中的声速v又有确定值,所以由发生共振的特定波长λ=u/v可得其共鸣频率。
利用气柱共鸣可以方便地测定声波的波长,从而可推算出声速。
【音叉】一种声学仪器,用钢制成形如字母U,但是做得细而长,下端的柄插在一端开口的空木箱上,用以增加发音强度。
音叉的振动频率一定,则其音调高低一定,且其振动为棒的振动,所发之声极清朗。
故常用它作为测定音调的标准。
用橡皮锤轻敲音叉之上端,则其两叉股左右振动而发声。
又音叉音之高低,视其叉股之长短厚薄而定。
股臂长而薄者振动缓而音低;股臂短而厚者振动急而音高。
音叉的振动通常不易产生泛振动,偶尔产生泛振动,亦因棒之阻抗大而即时消减,因此音叉容易产生基振动。
音叉振动时,亦有干涉的现象产生,其两叉股的振动,系同时向内或向外。
若两叉股同时向内振动,其间a成稠密状,如图1-33所示,而叉股外侧b和b′即成稀疏状,等到两叉股同时相背向外振动时,则中间变成稀疏,而b和b′处变成稠密。
因为音叉的两叉股振动的振幅和波长或频率均相等,故如图1-33中虚线所示位置,疏密相遇,产生干涉,则无声。
这可将振动音叉,放在耳边,徐徐转动,而找到这样无声区域的位置。
音叉能在很长时间内保持其音的频率不变,振动的振幅和温度都不容易使频率改变。
音叉的频率有高达每秒9万周者。
通常音叉都用钢或弹性钢制成。
因音叉尺寸不大,发声的输出很少传入空气中,又因其振动方法,只有极少量的纵波成分沿叉柄振动,故此振动系统的阻滞极少。
用音叉木柄与共鸣器相连,可增加声音输出,且因共鸣器与音叉的泛音并不相同,故只有基音产生共鸣。
音叉的用途很多,在调乐器时,音叉被用作音调标准。
【音调】声音的高低叫做“音调”。
音调的高低,主要取决于声波频率的高低。
当声波的强度增加,亦会使同一频率的声波有音调较高之感。
通常乐器所发出的声波均非单音或纯音,而有其波形的复杂性,故音调的高低,实际是由很多因素所决定。
乐音与噪音的区别,在于乐音有一定的频率,而噪音的频率是经常在变化的,它使人们有快速音调变化之感。
在音调上有基音与泛音之别,泛音即其振动频率为基音的整数倍,有第一泛音,第二泛音等等。