波的干涉的几点说明
(2010-05-28 00:37:44)
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杂谈 |
波的干涉 说明
概念
频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动始终加强,某些区域的振动始终减弱,并且振动加强区域和减弱区域相互间隔的现象干涉是波特有的现象。任何两列波都有叠加现象但满足一定条件才有稳定的叠加现象,而稳定的叠加现象才称为干涉
产生稳定干涉的条件
产生原因 波的叠加
设r1,r2分别表示研究的某点P到两波源的距离,则有:
k=0,1,2……
可见振动加强区域、减弱区位置是确定的,即振动加强点始终加强,减弱点始终减弱。
学习波的干涉容易出现的误区
波的干涉是波特有的现象,也是今后学习光的干涉的基础,但教材中这部分内容抽象、复杂。容易出现以下误区。
误区一:不同频率的两列波也能产生干涉现象
波的干涉现象可以用波的叠加原理解释,很多同学混淆了波的叠加与波的干涉,认为只要两列波相遇,在重叠区域里都能相互叠加,介质质点的总位移都是等于两列波分别引起的位移矢量合,也就会出现干涉现象;甚至有同学认为“干涉”就是“干扰”,只要两列波相遇,都能相互干扰,因此不需要频率相同的条件。
实际上波的干涉是波的叠加中的特例,是指能形成稳定的干涉图样——某些质点的振动始终加强(振幅最大),某些质点的振动始终减弱(振幅最小),且加强点与减弱点是互相间隔的,而任何不同频率的两列波相遇都可以叠加,这只不过是一般的叠加现象,虽有振动加强点和振动减弱点。但这些点不是固定的,而是随时变化的,因此看不到稳定的干涉图样,也就不是波的干涉,所以,只有相同频率的波在相遇区域内叠加才能发生干涉现象。
误区二:振动加强的质点和振动减弱的质点交替出现
两列频率相同的波相遇,在重叠区域里出现波峰相遇的点,波谷与波谷相遇的点,这些点振动会加强;波峰与波谷相遇的点振动会减弱,而这种加强和减弱区域相互间隔,有许多同学不能认真阅读课本,草率认为:振动加强区域和振动减弱区域会交替出现。即一会儿振动加强,过一会儿振动减弱,甚至有同学认为位于波峰的是振动加强的质点,位于波谷的是振动减弱的质点,这种理解实际上是缺乏空间想象力,误认为某一点振动的波峰、波谷的交替出现,就是质点振动加强和减弱的交替出现。
实际上,所谓的振动加强区指的就是波峰与波峰叠加,波谷与波谷叠加;振动减弱区指的就是波峰与波谷叠加。除此之外的是既不加强也不减弱区。
设两列波振幅分别为A1、A2,在振动加强区,若是波峰与波峰叠加,振动方向向上,振幅A=A1+A2,振动强烈。并且这种情况不随时间改变始终如此。若是波谷与波谷叠加,振动方向向下,振幅A=A1+A2,振动强烈。在振动减弱区,波峰与波谷叠加,振幅,若A1≠A2,振幅Aˊ最小但不为0,该点仍有振动,但振动最弱,若A1=A2,Aˊ=0,则该点始终不振动。
振动加强与减弱这两类质点是在空间间隔出现的,而不是交替出现的。最终形成稳定的叠加图样。
误区三 干涉图样中,只有振动加强的质点和振动减弱的质点
用波浪线画出“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,并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔,这种现象叫做波的干涉”,因此,会有同学错误地认为,在干涉图样中,只有振动加强的质点和振动减弱的质点。
实际上,在一个稳定的干涉图样中,有振动加强的质点和振动减弱的质点,也有振动位于二者之间的质点(振幅既不是最大也不是最小),如图中从a到b再到a,质点的振幅是依次减小到最小,又依次增大到最大,因此ab区之间的其它质点也在振动,且振幅位于最大与最小之间。
误区四 振动减弱质点的位移一定小于振动加强质点的位移
学生之所以进入这个误区,是由于混淆了位移与振幅这两个概念,误认为振幅大,振动强烈,位移就大。振幅A是指振动质点离开平衡位置的最大距离,对于某一个简谐运动的质点一般振幅不变,而位移x是指振动质点在某一时刻相对平衡位置的位移,对于某一个振动的质点,位移x是会随时间t变化的,不会始终保持最大值,但变化范围是(-A<x
<A=,振动加强质点的振幅A1一定大于振动减弱质点的振幅A2(A1>A2),但某一时刻振动加强的质点群中有位移很大的质点,也有位移很小的质点,而振动减弱的质点群中同样有位移很大的质点和位移很小的质点,但它们的最大位移总小于振动加强质点的最大位移。因此,该时刻振动减弱的质点群中某些位移很大的质点,位移是可以大于振动加强质点群中的某些位移很小的质点位移的。
如图P1P2所在的直线(即O1、O2连线中垂线)都是振动加强点,但例如该时刻在P1、P2的中点P7
处,波源O1、O2发出的振动位移都为0,P7 处质点的合位移为0,但再过1/4周期,波源O1、O2发出的波峰在P7
处叠加,P7处为波峰与波峰叠加,振动加强,位移最大。可见振动加强点指的是振幅最大的点,而不是某个时刻位移最大的点,振动加强点的位移在某个时刻也