第一篇第五章 波和信息的特征

第五章波和信息的特征

信息有什么特征呢？墨默觉得语言通过声音传递信息，文字图像通过光来传播信息，声音是一种机械波、光是一个电磁波，它们都是波，信息里蕴藏着波的特征。波的特征的物理课程是这样说的。

第一节波的的特征

波在物理学上指振动并传播能量递进的一种形式。

一、波长、频率和周期

波长是一个物理学的名词，指在某一固定的频率里，沿着波的传播方向、在波的图形中，离平衡位置的“位移”与“时间”皆相同的两个质点之间的最短距离。在物理学，波长普遍使用希腊字母λ(lambda)来表示。

横波与纵波的波长在横波中，波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。在纵波中，波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。在这两种波，“波峰是电场或磁场的变化。波的性质亦有其可量度，例如：声波可以从它的频率来量度，人耳可听的声波从20赫到20千赫；而波长从17米到17毫米不等；可见光从深红色的700纳米波长，到紫色的400纳米波长。

与频率的关系波长λ与频率ν（希腊字母"nu"）成反比关系。频率就是某一固定时间内，通过某一指定地方的波数目。以下方程表达了波长与频率的关系：

当中的是波的相速度。在电磁波的例子，例如光在真空中的速度，亦即光速，是299,792,458 m/s（准确），大约是3×105 km/s。

对于声波在空气中传播的速度，在室温大约是344 m/s（即1238 km/h）。

波长的单位一般是米及其导出单位；而频率的单位是赫兹（Hz）及其导出单位。

周期指的是完成往复运动一次所需的时间，物理学上通常以T表示，单位为s。周期为频率（物理学上通常以表示）的倒数：

二、波的种类

波主要分为机械波和电磁波两种。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；按介质中质点振动方向和波传播方向间的关系，波可分为横波和纵波两种：质点振动方向与波传播方向垂直的叫横波，如图。绳波，；在一条直线上的则叫纵波。机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波；机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。常见的电磁波有：光波、无线电波、微波、红外线等。

三、波源和传播

波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。

波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。

四、波的干涉和衍射

百度百科是这样说的：

（一）波的干涉

波的干涉是物理学现象。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，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象叫做波的干涉。波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。

1、波的独立传播原理---各波源所激发的波可以在同一介质中独立地传播，波的干涉它们相遇后再分开，其传播情况(频率、波长、传播方向、周期等)与未遇时相同，互不干扰，就好像没有和其它波相遇一样;

2、位移矢量叠加原理---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。

3、一切波都能发生干涉，包括水波、声波、光波等等。干涉是波特有的现象。(波特有的现象还有波的衍射)

产生干涉的一个必要条件是，两列波(源)的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差(相差)，相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。

特殊情况

波的干涉现象，应理解以下几点:

A、波的干涉是波的叠加的一个特殊情况，任何两列波都可以叠加，但只有满足相干条件的两列波才能产生稳定的干涉现象。符合干涉条件的两列波称为相干波。

B、发生干涉的区域中，介质中的质点仍在不停地振动着，其位移的大水波的干涉小和方向都随时间做周期性的变化，但振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱，并且振动加强的区域和减弱的区域互相间隔，形成的干涉条纹位置不随时间发生变化。应当明确，所谓振动加强是指质点参与的合振动的振幅比单独一列波引起的振动的振幅大的情况，因此，振动加强的点的位移是在不断变化的，在某一时刻的位移可以为零，只是其振动的振幅保持不变而已。

C、同频率的两波源在同种介质中产生的两列波，波长相同。这两列波的波峰和波峰(波谷和波谷)相遇处，振动加强，A=A1+A2;波峰和波谷相遇处振动减弱，A=A1-A2(A1>A2)。因此可得:若介质中某质点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该质点的振动是加强

的;若某质点到两波源的距离之差是半波长的奇数倍，则该质点的振动是减弱的。

满足上述三个条件的两波源称为相干波源。

（二）波的衍射

波的衍射指波在传播过程中，遇到障碍物后，绕过障碍物或缝隙时传播方向发生变化的现象。是波的重要特性之一。

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，能量会在传播过程中转化为内能或势能)

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。

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.【衍射(干涉)是波的特有现象，是验证波的重要方法】

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(惠更斯原理)，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。

水波、声波、光波都能发生衍射现象。"。