水波槽实验、波前和射线、波的现象：反射、折射、衍射和干涉
水波实验报告
水波实验报告水波实验报告引言：水波实验是一种经典的物理实验，通过观察水波的传播和相互干涉现象，可以帮助我们更好地理解波动现象的特性和规律。
本次实验旨在通过搭建水波实验装置，观察和分析水波的传播、干涉和衍射现象，并探讨实验结果与理论预期的一致性。
实验装置：我们使用了一个长方形水槽作为实验装置，水槽内部填满了适量的水。
在水槽的一端，我们固定了一个发生器，通过激发水面上的振动源来产生水波。
在水槽的另一端，我们安装了一个接收器，用于观察和记录水波的传播情况。
为了更好地观察水波的细节，我们在水槽上方安装了一台高速摄像机，以便捕捉水波的运动轨迹。
实验过程：1. 单一波源实验：我们首先将发生器设置为单一波源模式，即只有一个振动源激发水面上的波动。
在这种情况下，我们观察到波浪以同心圆的形式从波源处向四周传播。
通过调节振动源的频率和振幅，我们发现波浪的传播速度和振幅大小之间存在一定的关系。
2. 双波源干涉实验：接下来，我们将实验装置调整为双波源模式，即在水槽的两端同时设置两个振动源。
在这种情况下，我们观察到两组波浪从波源处同时向四周传播，并在某些区域发生干涉现象。
通过调节两个振动源的频率和相位差，我们可以观察到干涉现象的变化，包括增强干涉和相消干涉。
3. 衍射实验：最后，我们将实验装置调整为衍射模式，即在水槽的一端设置一个振动源，而在另一端设置一个障碍物。
在这种情况下，我们观察到波浪从振动源处向障碍物传播，并在障碍物后形成衍射现象。
通过调节振动源的频率和障碍物的形状，我们可以观察到衍射现象的变化，包括衍射角度和衍射图案的形态。
实验结果与讨论：通过以上实验，我们得出了以下结论：1. 水波的传播速度与波长和频率有关，符合波动方程的理论预期。
2. 在双波源干涉实验中，当两个波源的频率相同且相位差为整数倍时，会出现增强干涉现象；当相位差为奇数倍时，会出现相消干涉现象。
3. 在衍射实验中，障碍物的形状和波源的频率对衍射现象的角度和形态有显著影响。
水波的干涉与衍射现象
水波的干涉与衍射现象引言水波是我们日常生活中经常遇到的一种波动现象。
然而，水波不仅仅是美丽的景观，它还隐藏着令人惊叹的干涉与衍射现象。
本文将探讨水波的干涉与衍射现象，并深入了解它们的原理和应用。
一、水波的干涉现象干涉是波动现象中的基本概念，它描述了两个或多个波动源在空间中相互作用的过程。
在水波中，当两个或多个波源发出的波相遇时，它们会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这一现象被称为水波的干涉。
1.1 平面波的干涉当水波传播到空间中时，它们会形成平面波，并呈现出波峰和波谷的交错排列。
当两个平面波相遇时，它们会发生干涉现象。
若两个波峰相遇，它们会互相增强，形成更高的波峰；若波峰和波谷相遇，它们会互相抵消，形成平坦的表面。
1.2 双缝干涉在实际情况中，我们还经常使用双缝进行干涉实验。
当水波通过双缝时，它们会朝着不同方向传播，并在屏幕上的特定位置形成明暗相间的干涉条纹。
这是因为当两个波源的波峰相位相位差为整数倍的波长时，它们会相互加强，形成明亮的条纹；当两个波源的波峰相位差为奇数倍的波长时，它们会相互抵消，形成暗淡的条纹。
二、水波的衍射现象除了干涉现象，水波还展示了令人惊叹的衍射现象。
衍射是波遇到障碍物时弯曲和扩散的现象，其背后的原理是波的传播需要绕过障碍物。
水波的衍射可以使波浪通过狭窄的孔洞或隙缝，产生扩散的效果。
2.1 单缝衍射当水波通过单个狭缝时，它们会开始弯曲和分散，形成从中心点向两侧扩散的衍射图案。
衍射的程度取决于波长和缝宽的比例，较大的波长和较小的缝宽会导致衍射效果更为显著。
2.2 双缝衍射与干涉相似，双缝衍射也经常用于研究水波的特性。
当水波通过双缝时，它们将在屏幕上形成一系列亮暗相间的衍射条纹。
这是因为当波峰通过一个缝时，它们会分散并进一步扩散；当波峰同时通过两个缝时，它们会相互叠加，并形成更强的波峰。
结论水波的干涉与衍射现象扩展了我们对波动现象的认识，并在光学和声学等领域中得到了广泛的应用。
选择性必修一,第三章机械波反射、折射和衍射及干涉
反射、折射、衍射、干涉一、波的衍射[导学探究]如图2所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？[知识深化]1．关于衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件．2．波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．一、波的衍射1．定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象．2．发生明显衍射现象的条件：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．3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．二、波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动特征，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．定义频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象．2．稳定干涉条件(1)两列波的频率必须相同．(2)两个波源的相位差必须保持不变．3．干涉的普遍性一切波都能够发生干涉，干涉是波所特有的现象．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象．()(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象．()(3)只有频率相同的两列波才可以叠加．()(4)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷．()2．两个频率、振动方向、初始相位均相同的波源S1、S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强的点是________，振动减弱的点是________．例1(多选)如图3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，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是()A．此时能观察到波明显的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象二、波的叠加[导学探究](1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？[知识深化]对波的叠加的理解1．波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响．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．例2(多选)如图4所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1、振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2、振幅为A2的半个波形b，且f1<f2，P为两个波源连线的中点．已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定．下列说法正确的是()A．两列波比较，a波将先到达P点B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2C．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧三、波的干涉[导学探究]如图5所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？[知识深化]对波的干涉的理解1．发生干涉的条件：(1)两列波的频率相同；(2)相位差恒定．2．产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显．3．干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图6所示．(2)特点①加强区和减弱区的位置固定不变．②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)．③加强区与减弱区互相间隔．4．振动加强点和振动减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断①条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时，设点到两波源的路程差为Δx，当Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)时为振动加强点；当Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)时为振动减弱点．若两波源振动步调相反，则上述结论相反．②现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点．例3如图7所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是()A．d点始终保持静止不动B．图示时刻质点c的位移为零C．b点振动始终加强，c点振动始终减弱D．图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cmE．a点振动介于加强点和减弱点之间振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动，位移可以为零；振幅减小的点为振动减弱点.例4如图8(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2)．两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示．两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互__________(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)．图8根据条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点时，一定要注意两波源的振动情况是相同还是相反.课堂检测1．(波的衍射)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是()A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率2．(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图9所示，图中小方格的边长为0.1 m．则不同时刻的波形正确的是()图93．(波的干涉)(多选)图10表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示波峰，虚线表示波谷，b、d、f共线，下列说法正确的是()A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰4．(波的干涉)在图11中，A、B是同一介质中两相干波源，其振幅均为A＝5 cm，频率均为f＝100 Hz，当A点为波峰时，B点恰好为波谷，波速v＝10 m/s，P A⊥AB，判断P点为振动加强点还是振动减弱点？图11变式训练考点一波的衍射1．(多选)以下说法中正确的是()A．波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C．波长越长的波，越容易发生明显的衍射D．只有波才有衍射现象2．(多选)如图1所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有()A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响3．如图2，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是()A．提高波源频率B．降低波源频率C．增加波源距桥墩的距离D．减小波源距桥墩的距离4．如图3所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是()A．λA>λB，f A>f B B．λA<λB，f A<f BC ．λA>λB，f A<f B D．λA<λB，f A>f B考点二波的叠加5．关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A．两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B．两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C．两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D．两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大6．(多选)如图4所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下图中的()图47．(多选)如图5所示，两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x＝－2 cm和x＝12 cm处，两列波的波速均为v＝4 cm/s，两波源的振幅均为A＝2 cm.图示为t ＝0时刻两列波的图象，此刻平衡位置处于x＝2 cm和8 cm的P、Q两质点刚开始振动．质点M的平衡位置处于x＝5 cm处，关于各质点运动情况的判断正确的是()A．质点P、Q都首先沿y轴负向运动B．t＝0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点C．t＝1 s时刻，质点M的位移为＋4 cmD．t＝1 s时刻，质点M的位移为－4 cm考点三波的干涉8．(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅9．两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图6所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则()图6A．在两波相遇的区域中会发生干涉B．在两波相遇的区域中不会发生干涉C．P点的振动始终加强D．P点的振动始终减弱二、非选择题10．(波的干涉)在“观察水波的干涉”实验中得到如图7所示的干涉图样．S1、S2为波源，实线表示波峰，虚线为P位置与波源连线，且S1P＝S2P.图7(1)P点是振动________点(选填“加强”或“减弱”)．(2)若有一小纸片被轻放在P点浮于水面上，则此后纸片的运动情况是________．A．一定沿箭头A方向运动B．一定沿箭头B方向运动C．一定沿箭头C方向运动D．在P点处随水面上下运动11．(波的干涉)波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2 m，如图8所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：图8(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置．12．(综合应用)如图9所示，S是水面波的波源，xy是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2)，狭缝的尺寸比波长小得多，试回答以下问题：图9(1)若闭上S1，只打开S2，会看到什么现象？(2)若S 1、S 2都打开，会发生什么现象？(3)若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A 、B 、C 、D 各点中，哪些点振动最强，哪些点振动最弱？三、波的反射和折射及应用[导学探究] 如图2所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？[知识深化] 对波的反射和折射的理解(1)频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的．(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变．(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝v f 可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝vf 可知波长变大；反之变小．例3图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()A．2与1的波长、频率相等，波速不等B．2与1的波速、频率相等，波长不等C．3与1的波速、频率、波长均相等D．3与1的频率相等，波速、波长均不等例4某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？回声测距的三种情况1．当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下用的时间相等，设经时间t 听到回声，则声源距障碍物的距离为s ＝v 声·t 2. 2．当声源以速度v 向静止的障碍物运动或障碍物以速度v 向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s ＝(v 声＋v )·t 2. 3．当声源以速度v 远离静止的障碍物或障碍物以速度v 远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s ＝(v 声－v )·t 2. 4．(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为0.2 m ．当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m ，如图5所示，若空气中的声速是340 m/s.求：图5(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？考点三波的反射与折射9．关于波的反射与折射，下列说法正确的是()A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变10．(多选)以下关于波的认识，正确的是()A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的干涉D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象12．(波的反射)利用超声波可以探测鱼群的位置．在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，向选定的方向发射出频率f＝5.8×104 Hz的超声波后，经过时间t＝0.64 s接收到从鱼群反射回来的反射波．已知该超声波在水中的波长λ＝2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少．(鱼群和渔船静止不动)13．(波的折射)一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度大小．。
【教学实验】演示水波的传播
演示水波的传播
(1)用发波水槽可以演示水波的反射、折射、衍射和干涉现象。
水波演示器利用薄膜气泵产生频率可调的气脉冲作为波源，而且用频闪光将水波投影至半透明屏上，闪光的频率也可以调节，从而使水波看似以缓慢的速度传播，或使波形静止，以利于观察。
(2)如没有现成的仪器，可以自制。
图1是利用电磁打点计时器改装的振源，图2是用玩具电动机加上偏心轮制作的振源。
图1图2
水波槽的周边应向外倾斜，内壁贴上软泡沫塑料或棉纱布以减弱反射波的干扰。
(3)做波的反射实验时，用点振源产生圆形波。
在波的传播方向上放置一条挡板，首先让振子打击一下水面，可以看到圆形的波面向前传播，遇挡板后反射回来。
然后再让振子连续振动，观察传播和反射现象。
这样可以观察得更清楚一些。
换上条形振子，按同样的程序，可以演示直线波的反射现象。
(4)如果在波的传播方向上放置两条挡板，中间留一定宽度的间隙，可以看到波的衍射现象。
(5)演示折射现象时，在水下放一块玻璃板，厚度大约为5 mm,使浅水区的水深大约为2 mm,用条形振子产生直线波，并使深水区与浅水区分界线的法线与直线波的传播方向成一锐角，可以看到水波从深水区到浅水区后波面折过一定的角度，且波长变短。
(6)演示波的干涉时，为使现象清晰，应注意调节振子离开水面的高度、振动的频率和振幅，以及频闪光的频率。
高中物理实验探索波动现象
高中物理实验探索波动现象波动现象是物理学中的重要概念之一，通过实验探索波动现象可以加深对此概念的理解和应用。
本文将介绍几个适合高中物理实验的波动现象，包括水波的传播、声波的传播以及光波的传播与干涉。
一、水波的传播实验在物理实验室中，可以使用水槽模拟水波的传播实验。
首先，将水槽中注满水，待水较为平静时，将一小块物体轻轻放入水槽中，观察水面上形成的波纹。
可以发现波纹向外蔓延，形成圆形波纹。
这个实验可以帮助学生直观地了解水波的传播特点，理解波的传播是通过介质粒子的振动传递而产生的。
二、声波的传播实验声波的传播实验可以通过共鸣管进行。
将共鸣管竖直放置，逐渐加入适量的水，当水位刚好浸没管口时，可以听到共鸣声音。
随着逐渐加入水的量增加，会发现声音的音调发生变化，逐渐变低。
通过这个实验，可以探究声波传播与介质密度的关系，加深对声波传播的理解。
三、光波的传播与干涉实验通过干涉实验，可以让学生直观地感受到光波的传播与干涉现象。
我们可以使用一束激光作为光源，在一块磨砂玻璃上设置一对狭缝，激光穿过狭缝后会呈现出干涉图样。
通过调整狭缝的宽度和间距，可以观察到干涉条纹的变化。
这个实验可以帮助学生理解光波的干涉现象，并加深对光的波动性质的认识。
总结：通过上述实验，高中学生可以更好地理解波动现象，加深对波动概念的理解。
实验是物理学习中不可或缺的一部分，通过动手操作，学生能够亲自参与实验过程，提高学习兴趣和深度。
此外，实验还能培养学生的观察力、实验设计能力和数据分析能力等实践技能。
因此，高中物理教学中加大对波动现象实验的重视，对学生的物理学习和综合素质的培养都具有积极的促进作用。
水波的折射和反射现象
水波的折射和反射现象水波是一种迷人的自然现象，当光线通过不同介质或物体时会发生折射和反射，而水波也同样如此。
水波折射和反射现象对我们的生活、科学研究和艺术创作都有重要意义。
首先，让我们来探讨水波的折射现象。
当水波由一种介质进入另一种介质时，会发生折射。
这一现象可以通过一个简单的实验来观察：在透明玻璃杯中加入少量牛奶，然后轻轻地向杯子中滴入一滴水。
我们会发现，水滴入杯中后，水波会变换方向并且传播速度变慢。
这是因为水波从空气这个密度较小的介质进入牛奶这个密度较大的介质时，发生了折射。
水波的折射现象也在日常生活中具有一定的应用价值。
例如，相机镜头和眼镜的设计都考虑到了光线的折射，以帮助我们更清晰地观察事物。
同样，潜水员在水下进行观察时也面临着水波的折射问题。
他们需要根据水波的折射情况来判断物体的实际位置，以确保安全和准确性。
除了折射，水波还会发生反射，这也是一个有趣的现象。
当水波遇到障碍物或边界时会发生反射，就像我们在湖边投掷一块石头时会产生水波的反射一样。
反射使得水波的传播路径发生了改变，并且在物体的前后形成波槽和波峰。
利用反射现象，我们可以观察到优美的水面上的涟漪效果，这对于摄影和绘画都具有很大的艺术价值。
事实上，水波的折射和反射现象也在科学研究中被广泛应用。
波动力学是物理学的一个重要分支，研究的正是波的传播、折射和反射等现象。
通过对水波的研究，科学家们不仅可以更好地理解光和声波等其他波动的性质，还可以探索波动在自然界和工程中的广泛应用。
在生物学领域，水波的折射和反射现象也发挥着重要作用。
例如，在昆虫界，一些水生昆虫会利用水波的折射现象来捕食猎物。
它们会在水面上制造涟漪，吸引小虫靠近并捕食。
水波还影响了鱼类的视觉感知，它们可以通过观察水波的折射和反射来判断周围环境和隐藏的食物。
总的来说，水波的折射和反射现象是一种奇妙的自然现象，它们不仅在日常生活中具有应用价值，还在科学研究和生物学中发挥着重要作用。
水波传播中的干涉与衍射现象
水波传播中的干涉与衍射现象在我们的日常生活中，我们经常会遇到水波，比如湖泊、河流和海洋等。
水波的传播是一种波动现象，也遵循波动的一些特性，比如干涉和衍射。
本文将深入探讨水波传播中的干涉和衍射现象。
一、干涉现象干涉是指两个或更多个波源产生的波相遇而产生的相互作用。
水波传播中的干涉现象可以通过实验来观察。
我们可以将两个波源放置在水池中，使它们产生波纹，然后观察波纹的相互作用。
当两个波峰或两个波谷相遇时，就会产生叠加效应，波峰叠加后形成更高的波峰，波谷叠加后形成更低的波谷。
这样的干涉现象称为构成干涉。
除了构成干涉，还有破坏干涉。
当两个波源的波峰和波谷分别相遇时，它们会互相抵消，产生波的干涉消失现象。
这样的干涉现象被称为破坏干涉。
干涉现象的出现是由于波的叠加原理，即波的振幅可以叠加。
通过干涉现象，我们可以观察到波动的波动性质，加深对波动的理解。
二、衍射现象与干涉现象不同，衍射是指波通过一个狭缝或过一个障碍物后的传播现象。
在水波传播中，我们可以将一块不透水的障碍物放置在水池中，使其挡住水波的传播路径。
当水波通过狭缝时，水波会发生弯曲和散射。
这种波的传播现象称为水波的衍射。
衍射现象是波的波动性质的一种体现。
与光波的衍射相似，水波的衍射也符合惠更斯-菲涅耳原理。
根据这一原理，任何一个波的前面都可以看作是一系列次波源，次波源发出的波束穿过狭缝或通过障碍物后会发生弯曲和散射。
衍射现象使我们更加了解波动的本质，并且在实际应用中有着广泛的应用。
三、水波传播中的干涉与衍射应用水波传播中的干涉与衍射现象不仅是物理学领域的重要研究内容，也在其他领域中得到了广泛应用。
在天气预报中，我们可以通过观测海浪和海洋中的水波来预测风向和风速。
水波的干涉现象可以帮助我们判断风的方向。
当两个波源的波峰和波谷相遇时，会产生干涉现象。
根据干涉现象，我们可以判断风的方向和强度。
在声波传播中，干涉与衍射也起着重要的作用。
在音乐厅中，我们会看到许多设计精巧的墙面，这些墙面是为了控制音乐的传播，并产生一定的干涉和衍射现象，使得音乐更加悦耳动听。
波的反射和折射ppt课件
用来表示波的传播方向的线称为波线，波线与各个波面总是垂直 的(图3-21)。
波在均匀介质中传播时，波面的形状不变，波线保持为直线，波 的传播方向也不变，当波从一种介质传播到另一种介质表面时， 又是怎样的情形呢?
我们通过一个实验来观察。
实验室
如图3-22所示，
水波的反射
实验室
在水波槽中放一块长木板:用振动片激发产生水波，使水波的传 播方向与长未板约成45°角。 可以看到，从波源发出的水波遇到长木板后，波的传播方向发生 了变化。
高中物理鲁科版选择性必修第一册
第三章 机械波
3.2 波的反射和折射
在北京天坛公园内，有一处著名的古建筑——回音壁。
1.波的反射
作为一种运动的形式，波既具有一般运动的普遍规律，又具有区 别于其他运动形式的特殊规律。
现在，我们一起来学习与波的传播特性有关的现象和规律。
实验室
水波实验 (1)取一水波槽，在槽里倒入约 2cm深的水。用铅笔笔头持续 触动槽中心的水面，保持大约 每秒触动两次的速率，可产生 水波[图3-20(a)]。
实验发现，从波源发出的水波向前传播，遇到长木板后产生反射， 水波向右传播。
物理学中，把波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来 介质传播的现象称为波的反射。
回音壁就是利用了声波的多次反射。在空旷的山谷能听见回音， 也是声波的反射现象。
波在遇到障碍物发生反射时，入射 波的波线与反射面法线的夹角称为 入射角，反射波的波线与反射面法 线的夹角称为反射角。
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课堂练习
C.雷声轰鸣不绝是声波的多次反射形成的 D.水波从深水区传到浅水区时传播方向发生改变的现象，是波的 折射现象
课堂练习
波动_水波的反射与折射
2. 水波的折射： 當水波通過不同水深處的交界處，且入射方向不與兩介 質的界面垂直時，水波的前進方向會發生偏折，這種現 象稱為折射（refraction）。 (1) 折射的原因：傳播速率的改變。 (2)水波槽內形成深水區及淺水區的裝置示意圖： （如下圖）水面下置有玻璃板或透明塑膠板，成為淺水 區，水波由深水區進入淺水區時，速率變慢，波長變小， 行進的方向偏向法線。
(2) 電源供應器、振動馬達與起波器（長條木棒可作為 直線波起波器、塑膠小球可作為圓形波起波器）， 並利用調整可變電阻器，使起波器上的振動馬達恰 能穩定轉動，以保持起波器作低頻率且穩定的振動， 以便觀察。
(3) 水槽四週邊緣裝有緩衝的長海棉條作阻波器，用以 防水槽壁產生反射波干擾實驗。
(4) 當水波槽內產生週期波時：如下圖所示 ○1 水面凸起的波峰區域能使光線會聚，在下方的白紙 上顯現亮紋。 ○2 水面凹下的波谷區域能使光線發散，在下方的白紙 上顯現暗紋。
2. (A)(B)不同介質中，其折射率不同，傳播速度就不同，故折射的 原因為水波的波速發生改變；(C)直線水波的波前恆與波速互相垂 直；(D)直線水波經過平滑的平面反射後，仍為直線波；(E)圓形水 波經過平滑的平面反射後，仍為圓形波。
範例 2 水波折射之基本性質
頻率 12 Hz 的起波器在水波中產 生一週期性波動自甲區傳至乙區
2–7 水波的反射與折射
1
水波槽實驗 1. 實驗裝置： (1)水波槽是一種觀察水波性質的實驗裝置，如下圖(一)所示。 水槽底部為透明玻璃板，上方安裝強光源裝置，而強光源發 出的光線可以將槽內的水波圖像投射在槽下方的白紙上，藉 此觀察水波的傳播情形，如下圖(二) 。
▲圖(一) 水波槽實驗裝置圖 ◄圖(二)
區，(D乙)區(E是) 淺vv水21 ＝區 λλ21(D＝)水ss波iinn在46淺50°°水區的波長為 3
第三章3波的反射、折射和衍射
第三章 3 波的反射、折射和衍射问题？我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。
对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。
生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？波的反射我们可以通过实验来研究水波的反射规律。
演示水波的反射如图 3.3-1 甲，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。
在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
如图3.3-1乙，当水波遇到挡板时会发生反射（reflection）。
如果用一条射线代表水波的入射方向（入射线），用另一条射线代表水波的反射方向（反射线），我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。
反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
图 3.3-1 水波的反射甲乙波的折射我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，机械波会发生折射吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。
一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射（refraction），如图3.3-2所示。
如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。
波的衍射在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。
在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。
波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射（diffraction）。
波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？演示水波的衍射在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况（图 3.3-3 甲）。
保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化（图 3.3-3 乙）。
通过实验可以看到，在狭缝宽度比波长大得多的情况下，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”，如图3.3-3 甲所示；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，发生明显的衍射现象，水波可以绕到挡板后面继续传播，如图3.3-3 乙所示。
物理实验活动手册_实验：水波槽实验
物理实验活动⼿册_实验：⽔波槽实验实验2⽔波槽实验⼀实验⽬的利⽤⽔波槽产⽣⽔波﹐并观察⽔波的反射﹑折射﹑绕射与⼲涉等现象﹐以增进学⽣对波动性质的了解。
⼆实验原理⽔波槽可⽤来产⽣并观察⽔波的现象﹐其简易装置的构造如图2-1﹐主体是⼀玻璃底的⽅形浅⽔盘﹐⽔盘的⼀侧⽀架装有⼀振动马达起波器﹐马达通电振动后﹐起波器跟着振动。
图2-1⽔波槽装置振动的起波器会使⽔⾯产⽣凹凸相间的波纹。
在⽔盘正上⽅装有可向下照射的强光源﹐若在⽔盘的正下⽅适当位置放置⼀⽩纸﹐则⽔⾯的波动情形可清晰的投射在⽩纸上。
⽔波的凸纹好似凸透镜﹐可会聚光线﹐将光线会聚并投射在⽩纸上形成亮纹﹐⽽⽔波的凹纹好似凹透镜会发散光线﹐在⽩纸上形成暗纹﹐因此可在⽩纸上观察⽔波的运动情形。
三实验器材○1 ⽔波槽附四条长海绵棒（阻波器） 1组⁄组○2 附振动马达起波器（直波﹑点波）及⽀架 1组⁄组○3 电源供应器 1套⁄组○4 10 奥姆可变电阻器 1台⁄组○5 压克⼒板（作为障碍物）（约1 cm×3 cm×24 cm） 2 块⁄组（约1 cm×3 cm×6 cm） 1 块⁄组○6钨丝灯泡（100 W）1个⁄组○7⽩纸（40 cm×30 cm）少许⁄组○8长⽅形玻璃板（20 cm×15 cm）1块⁄组○9⽯蜡条数条⁄组四实验步骤先将实验器材组合﹐如图2-1﹐应注意使⽔波槽成⽔平。
⼀﹑⽔波的反射1. 将⽔波槽装⽔约0.5 cm 深。
2. 将振动起波器的马达接上电源﹐利⽤可变电阻调整振动频率﹐使起波器作低频的振动﹐⽔波的运动情形便呈现在⽔槽下⽅的⽩纸上。
在起波器与阻波器之间﹐放置⼀直条形⽯蜡障碍物﹐观察⾏进的⽔波遇障碍物的反射现象。
3. 在起波器与阻波器间﹐斜向放置⼀直条形障碍物﹐如图2-2 观察⽔波的反射情形。
图2-2⽔波反射的装置（俯瞰的平⾯图）：障碍物斜向放置。
4. 在⽩纸上画出⼊射波前﹑反射波前及反射界⾯﹐并由此测量⼊射⾓ i 及反射⾓ r ﹐它们是否符合反射定律？5. 改变障碍物的⾓度﹐重复步骤3.﹑4.。
12.4波的衍射和干涉(含动画)
观察周期相同的两列波叠加
同频率水波的叠加
演示 水波盘干涉
水面上出现了一条条相对平静的区域和相对激烈振 动的区域，并且位置是稳定不变的！
振动加强 振动减弱 振动加强
振动加强
振动减弱
振动加强 振动减弱
x1
0
t
x2
P
0
t
x
0
t
P点振动最强（振幅为A1＋A2）
波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇处振动加强
答案：B
2.如图所示，是水波干涉示意图，S1、S2是两波 源，A、D、B三点在一条直线上，两波波源 频率相同，振幅等大，就图中标出的各点，回 答振动加强点是 ADB ，振动减弱点是 CE （图中实线表示波峰，虚线表示波谷）。
S1
S2
A
D
B
C
E
而光的波长范围在0.4μm到0.8μm之间，因此， 自然界中障碍物的尺寸远于光的波长，光波的 衍射现象不明显
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
径d应为( D )
A. 10cm
B. 5cm
C. d>1cm
D. d<1cm
4.通常 波长较长的波容易产生明显的衍射 但当孔的尺寸过小于波长时尽管衍射十分突出， 由于衍射波的能量很弱，衍射现象不易观察到。
阅读思考 ：
为什么用超声波定位，而不用普通 声波定位？
区分折射和衍射！
eg:密闭的铁桶中的人可以听到 外面的声音，这是声音发生折 射到了桶内，又由桶内空气传 入人耳
甲
介
质
注意：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．
高中物理人教版(2019)选必一3.3波的反射、折射和衍射PPT
(1)衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显．
(2)衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉和
衍射。
【例2】（多选）水波通过小孔，发生了一定程
度的衍射，为使衍射现象更明显，下列做法可取
BD )
的是 (
A．增大小孔尺寸
B．减小小孔尺寸
C．增大水波频率
D．减小水波频率
【例3】如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块
迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是
。
2．波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因
此波速
，波折射时是在不同介质中传播，因此波
速
。
3．波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于
波的频率和波速均不变，根据公式λ＝ 可知波长
；
在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝ 可知
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，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，
则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是( ABC )
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离相等
C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的
3.3 波的反射、折射和衍射
引入
我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射
。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反
射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该
遵从什么规律？
水波的反射实验
一、波的反射、波的折射
1．波的反射
水波演示实验报告
水波演示实验报告篇一：大学物理演示实验报告水波盘【实验目的】利用水波的投影显示波的形成、传播、反射、干涉和衍射等的形象。
【实验器材】水波盘演示仪，如图20-1所示。
有水槽、振动源、光源、各种振子（包括单振子、双振子、平面波振子）及挡板2块水槽及壳体水槽是用底部装有密封、透明玻璃的不锈钢盆制成。
壳体用金属材料制成，上面放有水槽，正面竖直安装毛玻璃，作为水波投影的屏幕。
框架内部倾斜45°装有平面镜，用来反射水面的影象到屏幕上，底部装有变压电源，后面装有一立杆。
立杆上端安装光源盒，中部安装振动源盒，在立杆的中部开有长槽孔，用来调节振动源盒的高度。
振动源振动源采用电磁、激励式。
它是由电磁铁、电位器、振杆、振子、主板等组成。
振频调节是一个与电磁铁线圈串联的可调电阻，控制其电流以改变振动的频率。
调节振幅螺丝，可使投影波形的清晰度达到最佳。
振动源盒后面有一插孔，使用时与光源盒插头相接。
光源光源为盒式机械遮挡频闪光源，灯泡为12V100w幻灯机溴钨灯，频闪器是由直流微型电动机驱动一个可旋转的遮挡叶片，使其遮光次数为50?60次/秒。
盒的顶部开有散热窗，当电机旋转时，带动遮光叶片，驱动盒内热空气排除盒外，使之降温。
实验原理】两列同频率、振动方向相同、相差恒定的波在某一区域相遇，会产生干涉现象。
有的地方振动始终干涉加强，有的地方干涉减弱。
理论计算表明，干涉加强与干涉减弱由下式确定：（20-1）其中，【实验操作与现象】1．准备工作，为波长。
（a）在水槽内注3?8mm深的清水，充分湿润水槽四周及实验用的附件。
（b）将振荡波所需的振子固定在承接块上，调节振动源盒的高度，使振子插入水面1-2mm。
（c）先把光源电源插头、直流电源插头及振源插头插入到相对应的插座中，再插上交流220伏输入电源插头。
2．实验操作（a）圆形波将单振子固定在承接块上，打开电源开关，溴钨灯亮，遮光叶轮转动，振杆弹动，屏幕上即显示图象，为圆形波，如图20-2所示。
03_选修物理(上)实验活动手册_实验2 水波槽实验[7页]
![03_选修物理(上)实验活动手册_实验2 水波槽实验[7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/8711245308a1284ac950435e.png)
實驗2水波槽實驗一實驗目的利用水波槽產生水波﹐並觀察水波的反射﹑折射﹑繞射與干涉等現象﹐以增進學生對波動性質的了解。
二實驗原理水波槽可用來產生並觀察水波的現象﹐其簡易裝置的構造如圖2-1﹐主體是一玻璃底的方形淺水盤﹐水盤的一側支架裝有一振動馬達起波器﹐馬達通電振動後﹐起波器跟著振動。
圖2-1水波槽裝置振動的起波器會使水面產生凹凸相間的波紋。
在水盤正上方裝有可向下照射的強光源﹐若在水盤的正下方適當位置放置一白紙﹐則水面的波動情形可清晰的投射在白紙上。
水波的凸紋好似凸透鏡﹐可會聚光線﹐將光線會聚並投射在白紙上形成亮紋﹐而水波的凹紋好似凹透鏡會發散光線﹐在白紙上形成暗紋﹐因此可在白紙上觀察水波的運動情形。
三實驗器材○1水波槽附四條長海綿棒（阻波器）1組∕組○2附振動馬達起波器（直波﹑點波）及支架1組∕組○3電源供應器1套∕組○410 歐姆可變電阻器1臺∕組○5壓克力板（作為障礙物）（約1 cm×3 cm×24 cm） 2 塊∕組（約1 cm×3 cm×6 cm） 1 塊∕組○6鎢絲燈泡（100 W）1個∕組○7白紙（40 cm×30 cm）少許∕組○8長方形玻璃板（20 cm×15 cm）1塊∕組○9石蠟條數條∕組四實驗步驟先將實驗器材組合﹐如圖2-1﹐應注意使水波槽成水平。
一﹑水波的反射1. 將水波槽裝水約0.5 cm 深。
2. 將振動起波器的馬達接上電源﹐利用可變電阻調整振動頻率﹐使起波器作低頻的振動﹐水波的運動情形便呈現在水槽下方的白紙上。
在起波器與阻波器之間﹐放置一直條形石蠟障礙物﹐觀察行進的水波遇障礙物的反射現象。
3. 在起波器與阻波器間﹐斜向放置一直條形障礙物﹐如圖2-2 觀察水波的反射情形。
圖2-2水波反射的裝置（俯瞰的平面圖）：障礙物斜向放置。
4. 在白紙上畫出入射波前﹑反射波前及反射界面﹐並由此測量入射角i及反射角r﹐它們是否符合反射定律？5. 改變障礙物的角度﹐重複步驟3.﹑4.。
20-21版：3.3 波的反射、折射和衍射（创新设计）
第3节波的反射、折射和衍射核心素养物理观念科学思维1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。
2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。
3.知道衍射是波特有的现象。
通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。
知识点一波的反射、波的折射1.波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。
(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。
如图所示。
2.波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。
[思考判断](1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。
(×)(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。
(×)(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。
(√)反射波的波长、频率、波速与入射的相关量相同吗？提示反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此，波的频率也不改变，由此我们可知波长也不改变。
即反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相关量相同。
折射现象中，波长、波速、频率都变化吗？提示在波的折射现象中，波的频率不改变。
波速和波长都发生变化。
知识点二波的衍射[观图助学]1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。
2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。
3.发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。
[思考判断](1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。
水波槽水波槽水波槽
• 深水處： 波速：38.9 cm/s 入射角度：45o • 淺水處： 波速：33.7 cm/s 折射角度：38o • 結果大致符合：
38o
sin θ1 ν 1 ≅ sin θ 2 ν 2
國立東華大學 應用物理所
(三)水波的干涉
A. 雙點波源 B. 多點波源 (19個)
國立東華大學 應用物理所
國立東華大學 應用物理所
水波槽
基礎物理實驗 2008.11.18
國立東華大學 應用物理所
原理- 圓形波源
波源
波長
國立東華大學 應用物理所
原理-水波的反射與折射
v1
θ1 v2 θ2
sin θ1 ν 1 = sin θ 2 ν 2
國立東華大學 應用物理所
原理-水波的繞射與干涉
建設性干涉，其發生條件為 P S2
PS1 − PS 2 = nλ
n = 0,1,2,L
S1
破壞性干涉，其發生條件為
PS1 − PS 2 =
nλ 2
n = 1,3,5,L
國立東華大學 應用物理所
原理- 海更士原理
海更士認為波動中一波前 的任一點均可視為新的點 波源，此等點波源將產生 次一球面子波，而構成一 新波前，此新波前即為眾 多子波構成的切面。
國立東華大學 應用物理所
實驗示意圖
速度 = 頻率 * 波長
起波器 頻率產生器 屏幕
20 Hz
波長 水槽
三角架 反射鏡
國立東華大學 應用物理所
實驗操作
國立東華大學 應用物理所
實驗預期-點波源
國立東華大學 應用物理所
實驗預期-長直起波
國立東華大學 應用物理所
實驗預期在不同深度的水波傳遞
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回到 波的現象 1
• 水波被曲面障礙物反射：
水波
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回到 波的現象 1
• 反射水波的頻率、波長和波速都沒有改變
水波
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• 入射水波和反射水波的方
向遵守光學中的反射定律。
回到 波的現象 2
水波
請按 '回到'
• 放一塊玻璃在水波槽，以產生兩個不同水深的區域。
A 區域
B 區域
玻璃
• 頻閃儀
水波
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回到 水波槽實驗
• 在邊界放些棉花以減少水波的反射。 • 電動機的振動產生水波。
水波
請按 '回到'
回到 波前
• 直線波前和圓形波前：
水波
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回到 波前
射線
波前
水波
請按 '回到' 波源
直線波前
圓形波前
回到 波的現象 1
• 直線波前被平面障礙物反射：
水波
請按 '回到'
波的現象 4
水波
下一頁
回到 波的現象 4
水波
請按 '回到'
• 干涉圖形
水波
請按 '回到'
波的現象 4
水波
下一頁
• 相長干涉：波峰 + 波峰 (A 點) 或 波槽 + 波槽 (B 點)
• 相消干涉：波峰 + 波槽 (C 和 D 點)
在某一時刻
A
B
C
D
S1
S2
波的現象 4
• 相長干涉 S2
• 相消干涉
水波
下一頁
兩波相遇的位置
兩波相遇的位置
S1 所得振幅
S2 S1
波的現象 4
水波
下一頁
• 要產生干涉圖形，我們需要兩個符合以下條件的波源： 1. 波源不可分隔超過數個波長。
2. 兩個波源同步振動，同起同落。 (同相)
3. 波源的振動頻率必須相等 (即波動的頻率、波長、波速和 振幅都必須相等) 。
回到 波的現象 4
• 產生干涉圖像的裝置：
水波
請按 '回到'
回到 波的現象 4
水波
下一頁
• 我們將所有程差相等，而又發生相長干涉的位置連成一
線，即腹線。 • 我們將所有程差相等，而又發生相消干涉的位置連成一
線，即節線。 2 1.5 1 0.50 0.5 1 1.5 2
S1
S2
波的現象 4
水波
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• 節線和腹線的距離隨頻率增加 (波長減少) 而縮短
• 節線和腹線的距離隨波源的距離縮短而增加
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• 水波由區域 A 進入區域 B：
水波
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B 區域
A 區域
波的現象 2
水波
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• 在淺水區域中，水波的速率和波長都較小，但頻率維持不變。
深水區域 (快區域)
1
淺水區域 (慢區域)
2
1 > 2
A 區域
B 區域
玻璃
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水波
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• 所以 A 區域可說是較疏的介質，而 B 區域是較密的介質。當
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水波
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• 我們可以從程差來判斷某位置會發生相長干涉還是相消 干涉。
• 程差：PS1 PS2 • 相長干涉：PS1 PS2 = m • 相消干涉： PS1 PS2 = (m + 1/2) • m 為整數 (m = 0, 1, 2, 3 ..........)
波的現象 4
水波
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• 如果孔眼與波長大小差不多，水波便會有顯著的分散，直線 波前會變成圓形波前。
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水波
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• 在波動前放置障礙物，也會產生衍射現象。
<< 障礙物的大小
障礙物的大小
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水波
請按 '回到'
• 因為水波在同一介質中傳播，所以頻率、波長和波速都不會 改變。
水波
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圖片
波的現象 完
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• 水波槽實驗儀器
水波
請按 '回到'
水波槽實驗
水波
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• 光源 (高影機的燈泡) 在透明水波槽之下。
• 水面波形成一些凸透鏡和凹透鏡，使光線在不同位置被會 聚或發散。
• 光線會聚在屏幕上形成條紋。
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亮紋 屏
水波
請按 '回到'
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波動由一種介質進入另一種介質時便會發生折射。
A 區域
A 區域
B 區域
• 較疏介質 較密介質 (射線向法線方向彎曲)
Hale Waihona Puke B 區域• 較密介質 較疏介質 (射 線離開法線方向彎曲)
波的現象 3
水波
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• 水波通過障礙物的小孔時，會發生衍射現象：
• 直線波前經過小孔後會略為散開 ( << 孔眼大小)
波的現象 3
水波槽實驗
水波槽實驗
• 水波槽裝置 照片 • 產生亮紋和暗紋的機制 圖片 • 頻閃儀：凍結波動 照片 • 實驗預防措施 解釋
水波
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波前
波前和射線
• 直線波前及圓形波前 圖片 • 射線：波前進行的方向 圖片
水波
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波的現象 1
水波的反射
• 水波被平面障礙物反射 照片
水波
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• 水波被圓形障礙物反射 照片 • 反射現象對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 2
水波的折射
水波
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• 製造不同水波媒介的方法 圖片
• 水波的折射 照片
• 折射現象對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 3
水波的衍射 (繞射)
水波
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• 水波在不同障礙物前的衍射 照片
• 衍射對頻率、波長和波速的影響 圖片
波的現象 4
波的干涉
• 產生干涉現象的條件 照片 • 水波的干涉圖像 照片 • 相長干涉、相消干涉和程差 • 節線和腹線 圖片