《弹性波的相互作用》课件.pptVIP

弹性波的相互作用

课程目标了解弹性波的基本概念和性质。掌握弹性波的叠加原理、干涉现象、驻波现象。理解反射、折射、全反射等现象及其应用。认识相干性、干涉仪的工作原理、双缝干涉和单缝衍射现象。

什么是弹性波弹性波是在弹性介质中传播的机械波，由介质中质点的振动引起。振动会沿着介质传播，形成波。弹性波的传播需要介质，不能在真空中传播。常见的弹性波包括声波、地震波、水波等。

弹性波的特性速度弹性波的传播速度取决于介质的性质，例如密度和弹性模量。频率弹性波的频率决定了波的振动快慢，即每秒振动的次数。波长弹性波的波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离。振幅弹性波的振幅是指波的振动幅度，它反映了波的能量大小。

弹性波传播方式1纵波介质中质点振动方向与波传播方向一致。2横波介质中质点振动方向垂直于波传播方向。3表面波介质表面传播的波，同时包含纵波和横波特性。弹性波的传播方式取决于介质的性质和波源的性质。纵波和横波是两种常见的弹性波传播方式，表面波则是介质表面传播的一种特殊形式。

波的叠加原理独立传播多个波在同一介质中传播时，彼此互不影响，各自保持原有的传播状态。叠加效应多个波相遇时，在相遇区域，各波的振动相互叠加，形成新的波形。线性叠加叠加后的波的振幅等于各波振幅的矢量和，满足线性叠加原理。

干涉现象薄膜干涉薄膜干涉是由于两束光波在薄膜表面反射时产生的干涉现象，例如肥皂泡的彩色光彩。光波干涉当两束相干光波相遇时，会产生干涉现象，形成明暗相间的条纹。

干涉条件相干性两列波的频率相同，相位差恒定，才能发生稳定干涉。波程差两列波到达某一点的波程差为波长的整数倍时，发生干涉加强。光程差两列光波到达某一点的光程差为波长的整数倍时，发生干涉加强。

驻波的形成1干涉两列相干波叠加2相位相同振幅增强3相位相反振幅减弱

驻波的特点振幅固定能量不传播波节和波腹

驻波的应用乐器乐器中，如吉他、小提琴等，弦的振动产生驻波，形成不同的音调。微波炉微波炉利用驻波加热食物，将食物置于驻波的波腹位置，使其快速升温。

反射与折射当弹性波遇到两种介质的分界面时，一部分能量会透过界面进入第二种介质，形成折射波；另一部分能量则被界面反射回来，形成反射波。反射与折射是弹性波在传播过程中常见的现象。

反射定律入射角等于反射角反射光线与法线的夹角（反射角）等于入射光线与法线的夹角（入射角）。反射光线、入射光线和法线在同一平面内反射光线、入射光线和法线都位于同一个平面内，这个平面被称为入射平面。

折射定律入射角入射光线与法线的夹角。折射角折射光线与法线的夹角。折射率光在真空中传播的速度与光在介质中传播的速度之比。

全反射光从光密介质进入光疏介质当光线从光密介质（折射率较大的介质）射向光疏介质（折射率较小的介质）时，入射角增大，折射角也会增大。入射角达到临界角当入射角增大到一定程度时，折射角达到90度，折射光线沿着界面传播。入射角大于临界角当入射角大于临界角时，光线不再折射，而是全部反射回光密介质中，这就是全反射。

全反射的条件入射角大于临界角光线从光密介质进入光疏介质

多次反射平行光线当平行光线照射到平面镜时，反射光线也平行。汇聚光线当汇聚光线照射到平面镜时，反射光线汇聚到一个点。发散光线当发散光线照射到平面镜时，反射光线发散开来。

相干性相干波具有相同频率和相位差恒定的两个或多个波称为相干波。相干条件两个波源必须具有相同的频率，并且它们的相位差必须恒定。

相干长度定义相干长度是指在干涉现象中，两束光波保持相干性的最大距离。影响因素相干长度与光源的谱线宽度、光源的性质等因素有关。应用相干长度在光学干涉测量、全息技术等领域有着重要的应用。

干涉仪的工作原理1光源干涉仪使用单色光源，以确保光的相干性。2分束器分束器将光束分成两束，分别沿不同的路径传播。3反射镜两束光在反射镜上反射后，再次相遇。4干涉由于两束光具有相同的频率和相位，它们会发生干涉，产生明暗相间的条纹。

双缝干涉当两束相干光波相遇时，会在空间中产生干涉现象。双缝干涉实验是最经典的干涉实验之一，它可以直观地展示光的干涉现象。在实验中，两束相干光波通过两条狭缝后，会在屏幕上形成明暗相间的条纹。

单缝衍射当光波通过一个狭缝时，由于光的波长是有限的，光波会发生衍射现象，形成明暗相间的条纹。这种现象被称为单缝衍射。单缝衍射的中央亮纹最亮，宽度最大，两侧的亮纹亮度逐渐减弱，宽度逐渐变窄，这是因为光的波长有限，光波会发生衍射，导致光波在通过狭缝后发生干涉。

菲涅尔区带1光波的衍射菲涅尔区带是由一系列明暗相间的区域组成的，它是由光波在传播过程中产生的衍射现象形成的。2明暗相间每个区域中心的振动情况决定了该区域是亮还是暗，从而形成明暗相间的区域。3应用菲涅尔区带的应用包括菲涅尔透镜和菲涅尔反射镜等，这些装置可以用来聚焦和分束光线。

菲涅尔区带的应用菲涅尔