波的特性知识点及练习(干涉、衍射等)

波的特有现象

——波的反射、波的折射、波的叠加原理〔独立传播原理〕、波的衍射、波的干预、多普勒效应

一.波面和波线、波前

波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成

的面叫做波面．〔振动相位相同的各点组成的曲面。〕

波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫

做波线．

波前：某一时刻波动所到达最前方的各点所连成的曲

面。

二.惠更斯原理

荷兰物理学家 惠 更 斯

1.惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。

2.

三、波的特性：波的反射、波的折射、波的叠加原理〔独立传播原理〕、波的衍射、波的干预、多普勒效应

〔一〕.波的反射

1.波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．

•反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。

•入射角〔i 〕和反射角〔i ’〕：入射波的波线与平面法线的夹角i 叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角i ’ 叫做反射角． · 平面波

· · · ·

u t 波传播方向

•反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．

•波遇到两种介质界面时，总存在反射

〔二〕、波的折射

1.波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．

2.折射规律：

(1).折射角〔r 〕：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r 叫做折射角．

2.折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：

•当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.

•当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.

•当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例．

•在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．

•波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．

由惠更斯原理，A 、B 为同一波面上的两点，A 、B 点会发射子波，经⊿t 后， B 点发射的子波到达界面处D 点， A 点的到达C 点，

2

1sin sin v v r i

〔三〕波的叠加原理〔独立传播原理〕

在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和．相遇后仍保持原来的运动状态．波在相遇区域里，互不干扰，有独立性．

两列波叠加时，假设两列波振动方向相同，则振动加强，振幅增大；假设两列波振动方向相反，则振动减弱，振幅减小。

〔四〕波的干预：

波的干预是指频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和减弱的区域互相间隔的现象。

产生稳定干预现象的必要条件是：两列波的频率相同。

①对于稳定的干预现象中的振动始终加强的点，应理解为该质点振动的振幅始终最大，它也有运动到平衡位置的时候，并不是一直处于位移最大处。

②如果某点到两个波源的距离之差〔也叫波程差〕等于一个波长的整数倍，该点的振动始终最强；

③如果某点到两个波源的距离之差〔也叫波程差〕等于半个波长的奇数倍，该点的振动始终最弱。

④当两列波的波峰在介质中某点〔如A点〕相遇时，两列波在此点引起的振动总是同时到达波峰和波谷，该点仍以波源的频率在平衡位置振动，只是振幅等于两列波单独存在时引起的振幅之和，这就是振动加强点

⑤当这两列波的波峰和波谷在介质中某点〔如B点〕相遇时，两列波在此点引起的振动的位移总是相反的，且同时到达最大值和最小值，因此，该点仍以波源的频率在平衡位置振动，只是振幅等于两列波单独存在时引起的振幅之差的绝对值，这就是振动减弱点。

e

a

c d b

说明：如果两列波叠加时，如果振幅相差很大，将不会有明显的干预图样，因为振动加强区域和振动减弱区域都在振动而且振幅差异不明显

对于稳定的干预现象中的振动始终减弱的点，应理解为两列波传到该点的振动位移及振动方向相反，使得该点的振动减弱，表现为该质点振动的振幅始终最小，而不是位移最小。

例、如下图，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab＝bc。某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点，则〔〕

A、 a处质点的位移始终为2A

B、c处质点的位移始终为－2A

C、b处质点的振幅为2A

D、c处质点的振幅为2A

解析：因为两个波源的频率相同，振动情况也相同，而a、b、c三点分别到两个波源的距离之差均为0，依判断条件可知该三个点的振动都是加强的，即各点振动的振幅均为两波振幅之和2A。

答案：CD。

〔五〕波的衍射：波的衍射是指波绕过障碍物继续传播的现象。

产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小，或与波长相差不多。

波长越长，衍射越明显；障碍物或缝、孔尺寸越小，衍射越明显〔前提是波的能量能通过〕

〔六〕多普勒效应：

当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者感觉到波源的频率增大；如果二者远离，观察者感觉到波源的频率减小．

实际上，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者在单位时间内接收到波源的完全波的个数变了，观察者感到波源的频率发生了变化．

多普勒效应的应用

1．〔定量〕根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等．

2．测速：例如，交警用的雷达测速仪、用光的多普勒效应测天体的速度、多普勒水流测速仪。

3．彩超：医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度．这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变．

4．光波的多普勒效应：

光波与声波的不同之处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。

“红移现象”是宇宙大爆炸理论的一个有力证据。