摘要：“在水塘里，微风激起的水波遇到小石子、芦苇等细小的障碍物时，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。”

顿悟者娟娟 物理即生活 2025年03月19日

嗨，孩子们，大家好。

我们又见面了。

最近，我又稍微有些时间了……

所以我们见面的次数明显增加了呢。

这对你来说，是好消息还是坏消息呢？

反正我不管。

我该说的还是要说的。

物理即生活，生活即物理嘛。

今天我们就来聊聊波的干涉、衍射和多普勒效应的问题。

波的衍射

“波的衍射”，啥是衍射？

脑补中……

孩子，你清醒点……

物理不是想象出来的。

我们还是老老实实看书上的定义吧。

“在水塘里，微风激起的水波遇到小石子、芦苇等细小的障碍物时，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。”

当然了，这么细节的描述，你在生活中可能真的没有注意过。

其实，我也没有注意过。

但是，你可能听说过——“未见其人，先闻其声”

有请这方面的杰出代表——王熙凤

所以呢，物理上，我们就把——

波可以绕过障碍物继续传播的现象叫作波的衍射。

一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。

那么，波在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢?

我们一起看一个实验——

，时长02:04

实验表明：

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。

不只是水波，声波也能发生衍射。

“闻其声而不见其人”，这是司空见惯的现象。

通常的声波，波长为1.7cm~17 m，跟一般障碍物的尺寸相当，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们能听到障碍物另一侧的声音。

波的干涉

要谈波的干涉，先要弄清楚波的叠加。

你想知道，两列波相遇时会出现什么有意思的事情吗？

我们来看一个实验视频——

，时长00:31

可以发现，两列波在彼此相遇并穿过后，波的形状和相遇前一样，传播的情形也和相遇前一样。

生活中常见的水波也是如此，两列水波相遇后彼此穿过仍然保持各自的运动特征，继续传播，就像没有跟另一列水波相遇一样。

你有没有觉得，上面对波的描述，有那么一点点哲理的味道？

“保持各自的运动特征”指的是各自的波长、频率等保持不变，不因其他波的存在而受影响。

事实表明，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。

那啥是波的干涉呢？

我们先给定义：

频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波叠加时，某些区域的振动总是加强，某些区域的振动总是减弱，这种现象叫作波的干涉。

形成的这种稳定图样叫作干涉图样。

看视频——

，时长00:20

②振动加强（减弱）的区域是指质点的振幅大（小），而不是指振动的位移大（小），因为位移是在时刻变化的。

③两列波相遇叠加不一定能得到干涉图样。要产生干涉现象形成稳定的图样，则需要满足一定的条件——频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列波。

干涉也是波特有的现象。

在这一部分，大家需要掌握一个技能——会判断空间某点是振动“加强点”还是振动“减弱点”。

方法是：

①设波源S1、S2振动情况完全相同,它们产生的两列波在同一介质中传播。对介质中的任一点P,如图离两波源距离分别是S1P、S2P,P点到波源的距离差Δx=S1P-S2P。

a.当Δx=nλ(n=0,1,2,…)即距离差为波长的整数倍时,P点为振动加强点;

b.当Δx=(2n+1)λ/2 (n=0,1,2,…)即距离差为半波长的奇数倍时,P点为振动减弱点;

②若两列波波源振动步调相反,则上述结论反之即可。

看一道例题

例.(多选)下图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰,虚线表示的是波谷,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

答案：AD。

你做对了吗？

多普勒效应

1、定义

当波源与观察者相互靠近或者相互远离时，观察者接收到的波的频率会发生变化，这种现象叫作多普勒效应。

2、原因分析

波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动次数。

波源的频率=单位时间内波源发出的完全波的个数

观测到的频率=单位时间内接收的完全波的个数

3、规律

（1）波源S与观察者A相对静止：观测到的频率等于波源振动的频率。

相同时间内，观察者接收到波的个数等于波源发出的波的个数，即接收到的频率等于发出的频率。

（2）波源S与观察者A相互靠近时：

单位时间内，通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察者观测到的频率大于波源的频率，即观测到的频率增加。

波源不动，观察者靠近波源

由A→B，f观察者>f波源，频率增加

观察者不动，波源靠近观察者

接近观察者，f观察者>f波源，频率增加

（3）波源S与观察者A相互远离时：

单位时间内，通过观察者的波峰(或密部)的数目减少，观察者观测到的频率小于波源的频率，即观测到的频率降低。

波源不动，观察者远离波源

由A→C，f观察者

观察者不动，波源远离观察者

远离观察者，f观察者

4、特点

（1）发生多普勒效应时，波源的频率保持不变，只是由于波源和观察者之间存在相对运动，观察者接收到的频率会发生变化。波的传播速度不会因波源的移动而改变。

（2）多普勒效应是所有波动过程的共有特征，一切波（机械波、电磁波、光波等）都会发生多普勒效应。

5、应用

（1）多普勒测速仪测速（测水流、血流速度，气象测速）

交通警车向行进中的车辆发射已知频率的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少，就能知道车辆的速度。

（2）光波的多普勒效应——红移现象

，时长01:11

好了，今天又是收获满满的一天。

为我们自己点个赞。

孩子们，改天见！

拜拜~

来源：该名字又是已经存在了