4.1机械波的干涉和衍射

电磁场与电磁波实验实验六布拉格衍射实验

邮电大学 电磁场与微波测量实验报告

实验六布拉格衍射实验 一、实验目的 1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。 2、验证电磁波的布拉格方程。 二、实验设备与仪器 DH926B型微波分光仪，喇叭天线，DH1121B型三厘米固态信号源，计算机 三、实验原理 1、晶体结构与密勒指数 固体物质可分成晶体和非晶体两类。任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶 10ｍ，与X射线的波长数量级相当。因此，格常数。晶体格点距离的数量级是-8 对X射线来说，晶体实际上是起着衍射光栅的作用，因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了解。 图4.1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构。 如图6.1这种晶格只要用一个边长为ａ的正立方体沿3个直角坐标轴方向重复即可得到整个空间点阵，ａ就称做点阵常数。通过任一格点，可以画出全同的晶面和某一晶面平行，构成一组晶面，所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏。这样一族晶面不仅平行，而且等距，各晶面上格点分布情况相同。

为了区分晶体中无限多族的平行晶面的方位，人们采用密勒指数标记法。先找出晶面在ｘ、ｙ、ｚ3个坐标轴上以点阵常量为单位的截距值，再取3截距值的倒数比化为最小整数比（ｈ∶ｋ∶ｌ），这个晶面的密勒指数就是（ｈｋｌ）。当然与该面平行的平面密勒指数也是（ｈｋｌ）。利用密勒指数可以很方便地求出一族平行晶面的间距。对于立方晶格，密勒指数为（ｈｋｌ）的晶面族，其面 间距 hkl d可按下式计算：2 2 2l k h a d hkl + + = 图6.2立方晶格在ｘ—ｙ平面上的投影 如图6.2，实线表示（100）面与ｘ—ｙ平面的交线，虚线与点画线分别表示（110）面和（120）面与ｘ—ｙ平面的交线。由图不难看出 2、微波布拉格衍射 根据用X射线在晶体原子平面族的反射来解释X射线衍射效应的理论，如有一单色平行于X射线束以掠射角θ入射于晶格点阵中的某平面族，例如图4.2所示之（100）晶面族产生反射，相邻平面间的波程差为 θ sin 2 100 d QR PQ= +（6.1） 式（6.1）中 100 d是（100）平面族的面间距。若程差是波长的整数倍，则二反射波有相长干涉，即因满足

高中物理-波的衍射与波的干涉

波的衍射与波的干涉 波的衍射 波的衍射指波在传播过程中，遇到障碍物后，能绕过障碍物；或遇到缝隙时传播方向发生变化的现象。 波的衍射与波的干涉都是波的重要特性之一，这是波动与其他运动模式的主要区别。 波的衍射图像 波的干涉 波的干涉指的是，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。 波的干涉，实际上与波的叠加原理是一致的，只不过波的干涉更加特殊，必须满足相应的条件。而且我们考虑波的干涉时并不是单独一个波形的叠加，而是空间内众多波形的叠加情况。 波的干涉的前提条件 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。 波的干涉图样 波的干涉所形成的图样叫做干涉图样，是非常好的理解波的干涉的工具。 下面我们通过波的干涉图样来进一步理解波的干涉。如下图所示，为两个完全相同的波（S1与S2）在平面内的传播。 如果用实线来描述波峰，虚线表示波谷。根据波的叠加原理，在平面内图像中的波峰与波峰（以及波谷与波谷）的交汇处，为振动加强点。 与之对应的是，波峰与波谷的交汇处，振动削弱。这样，就犹如波的干涉的定义描述的那样：波的干涉指的是，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。 可能上面的图像太复杂了，不好辨识出来。那么接下来我们通过一部分干涉图像来分析。如下图所示，同样为两个完全相同的波（S1与S2）在平面内的传播。实线来描述波峰的，显然波谷就是相邻的两条实线中间的位置（没有画出来）。

《光学电磁波相对论》考点解读

《光学电磁波相对论》考点解读 河北省鸡泽县第一中学057350吴社英 考纲展示 新的考试大纲几何光学对光导纤维、光的色散等考点为Ⅰ类要求，对光的折射考点为Ⅱ类要求；物理光学对光的本性学说、光的干涉、光的衍射、光的偏振、电磁波谱等考点为Ⅰ类要求。其中光的折射的应用要求较高。 考点解读 本单元内容为课标高考的选考内容，是选修模块3-4中的两部分重要内容之一，高考命题为了突出知识的覆盖面，该部分出题的可能性很大，涉及的考点也很多高考命题具有以下特点： 1. 突出对折射定律的考查：光的折射定律是本单元唯一的一个Ⅱ级考点，光的折射和全反射是高考命题热点光的折射、色散、全反射及光速和折射率的关系是高考考查的重点； 2 .注重联系实际、联系高科技：干涉现象、衍射现象、偏振现象等方面的知识与大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学研究方法，薄膜干涉等知识容易和实际应用相结合命制相关试题既能考查基本知识,又能考查应用能力，应予以关注； 3.电磁波、相对论命题的可能性极小：这部分内容虽属于考纲内容，但从历年命题特点看，出题的可能性很小，这部分内容定性了解即可 考点一：对折射定律的理解和应用 1.在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解．找出临界光线往往是解题的关键． 2.分析全反射现象的问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况．例12009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学 奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯．高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就．若光导纤维是由内芯和包层组成，下列说法正确的是() A．内芯和包层折射率相同，折射率都大 B．内芯和包层折射率相同，折射率都小 C．内芯和包层折射率不同，包层折射率较大 D．内芯和包层折射率不同，包层折射率较小 解析：为了使光线不射出来，必须利用全反射，而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质．且入射角大于等于临界角，因此，内 芯的折射率应大于包层的折射率，故选项D正确． 答案：D 变式练习 1．（08·宁夏·32）一半径为R的1/4球体放置在水平面 上，球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过

机械波的干涉和衍射

§6.4 机械波的干涉和衍射 教学目标 1、知道波的叠加原理 2、理解波的干涉和衍射现象 一、波的干涉和衍射 1、波的叠加原理（动画演示） 两列波或几列波相遇时，在两列波或几列波相遇的区域内，任何一个质点振动的总位移 都等于两列波或几列波分别引起的位移的矢量和。这个规律叫做波的叠加原理 2、波的独立传播原理 几列波相遇之后仍然保持他们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变， 并按照原来的方向继续前进，好像没有遇到过其它波一样。 3、波的干涉（动画演示） （1）定义：频率相同的两列波叠加时，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，这种现象叫波的干涉。形成的 图样叫做波的干涉图样。 （2）产生稳定干涉现象的条件：频率相同； 振动方向相同；有固定的相位差。 （3）两列相干波的波峰与波峰（或波谷与波谷）相遇处是振动最强的地方。 最强：该点到两个波源的路程之差是波长的整数倍，即δ=n λ 波峰与波谷（或波谷与波峰）相遇处是振动最弱的地方。 最弱：该点到两个波源的路程之差是半波长的奇数倍，即()122+=n λ δ 说明：介质中某点的振动加强，是指这个质点以较大的振幅振动；而某点的振动减弱，是指 这个质点以较小的振幅振动，这与只有一个波源的振动在介质中传播时，各质点均按此波源 的振动方式振动是不同的。 思考：任何两列波进行叠加都可以产生干涉现象吗？ 举例说明：请学生思考和讨论在我们生活中是否遇到过波的干涉现象？ 干涉是一种特殊的叠加，任何两列波都可以进行叠加，但只有两列频率相同的波才能发 生干涉现象。 总结：干涉是波特有的现象。 4、波的衍射（动画演示） （1）定义：波离开直线传播的位置绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。 （2）产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。 （3）波的衍射现象是波所特有的现象（只有明显与不明显）。 思考：请学生思考和讨论在我们生活中是否遇到过波的衍射现象？ 举例说明：例1、俗话说："隔墙有耳"：是声波的衍射现象，既声音绕过障碍物到了耳朵。 例2、水波的衍射现象。 例3、在房间中可以接受到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象． 例1、如图所示，S 1、S 2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示 在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a 、b 、c 、d 四点，下列说法中 正确的有（ B C ） A 、该时刻a 质点振动最弱，b 、c 质点振动最强，d 质点振动既不是最强也不是最弱；

波的干涉、衍射及加强区减弱区判断汇总

波的干涉、衍射及加强区减弱区判断 1．关于波的干涉和衍射，正确的说法是（） A．有的波能发生干涉现象，有的波能发生衍射现象 B．产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等 C．波具有衍射特性的条件，是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或小得多 D．在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小 【答案】B 【解析】本题考查的是对波的干涉和衍射现象的理解。干涉与衍射是波的基本性质，所有波均可发生干涉和衍射，A错误；两列振动方向相同、频率相同、相位差恒定的波才会发生干涉，B正确；发生干涉的区域振动加强点始终加强减弱点始终减弱，合位移比原来任一波引起的位移都要大，振动最强点的位移始终最大，振动最弱点的位移最小，D错误； 2．关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是( ) A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理 B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的 C．光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点 D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 【答案】D 【解析】光的干涉和衍射都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理，在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。干涉和衍射都是波所特有的现象。白色光发生干涉。衍射是都形成彩色条纹。所以D对。 思路分析：利用干涉与衍射的本质进行判断，还有干涉衍射的条纹特点。 试题点评：考查学社对干涉衍射本质的认识 3．关于波的衍射，下列说法正确的是( )． A．衍射是机械波特有的现象 B．对同一列波，缝、孔或障碍物越大衍射现象越明显 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生明显的衍射现象是由于声波的波长较长 【答案】D 【解析】衍射是一切波特有的现象，选项A、C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，选项B错误；声波的波长1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，由于声波的波长较长，所以声波容易发生明显的衍射现象，选项D 正确． 4．如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是( )． A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射 B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射 C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射 D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射 【答案】B 【解析】衍射现象是相对直线传播而言的，由于波源在O点，如果没有波的衍射现象而沿直线传播的话，它能传播到CABD所围的范围，所以选项A、C错；衍射现象主要体现一个“绕”字，所以只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射，不一定非得绕到障碍物后面的每一点，所以选项B对、D错． 5．两列波在某区域相遇，下列说法中正确的是( )． A．两列波相遇前后能够保持各自的状态而不互相干扰 B．由于一切波都能发生干涉，故这两列波相遇一定能产生干涉图样 C．若这两列波叠加后，出现某些区域振动加强，某些区域振动减弱，这两列波发生了干涉 D．在两列波重叠区域里，任何一个质点的位移都是由这两列波引起的位移的矢量和【答案】ACD 【解析】根据波的独立传播原理，选项A正确；一切波都能发生叠加，但是要产生干涉图样则两列波必须具备频率相同、相位差固定的条件，选项B错；若两列波叠加，出现某些区域振动加强、某些区域振动减弱的现象，这就是波的干涉，选项C正确；根据波的叠加原理，选项D正确． 6．在开展研究性学习活动中，某校同学进行了如下实验：如图所示，从入口S处送入某一频率的声音，通过左右两条管道SAT和SBT传到了出口T处，并可以从T处监听声音，左侧B管可以拉出或推入以改变B管的长度，开始时左右两侧管道关于S、T对称，从S处送入某一频率的声音后，将B管逐渐拉出，当拉出的长度为l时，第一次听到最小的声音，设声速为v，则该声音的频率为 ( )． A. 2 v B. 2 v l C. 4 v l D. 8 v l

高中物理第2章机械波2.5波的干涉与衍射2.6多普勒效应教师用书沪科选修3-4

2.5 波的干涉与衍射 2.6 多普勒效应 学习目标知识脉络 1.知道波的叠加原理和波的 干涉现象，了解波的干涉条件 和加强区、减弱区的形成.(重 点、难点) 2.知道波的衍射现象和发生 明显衍射的条件.(重点) 3.了解什么是多普勒效应及 其产生的原因和应用.(重点、 难点) 波的叠加原理和波的干涉 [先填空] 1.波的独立性 几列波相遇时能保持各自的特性(频率、波长、振动方向等)继续传播，互不影响. 2.波的叠加原理 几列波在相遇区域内，任一质点的位移是各列波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和. 3. 研究波的干涉 波的干涉是两列波在特定条件下的叠加. (1)产生干涉的条件：两列波的频率相同. (2)现象：两列波相遇时，某些区域总是振动加强，某些区域总是振动减弱，且振动加强和减弱的区域相间分布. (3)振动加强区和减弱区：加强区是两列波的波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇的区域；减弱区是两列波的波峰与波谷相遇的区域. [再判断] 1.两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样.(×) 2.在操场上不同位置听到学校同一喇叭的声音大小不同，是声波的干涉现象.(×)

3.两个人一起说话，不会发生干涉现象.(√) [后思考] 1.敲击音叉使其发声，然后转动音叉，为什么听到声音忽强忽弱？ 【提示】这是声波的干涉现象.音叉的两股振动频率相同，这样，两列频率相同的声波在空气中传播，有的区域振动加强，有的区域振动减弱，于是听到声音忽强忽弱. 2.有人说在波的干涉图样中，加强点就是位移始终最大的点，减弱点就是位移始终为零的点，这种说法对吗？ 【提示】这种说法不正确.在干涉图样中的加强点是以两列波的振幅之和为振幅做振动的点，某一瞬时振动位移可能是零.同理，减弱点是以两列波的振幅之差为振幅做振动的点，它的位移不一定始终为零. [核心点击] 1.波的独立传播特性 两列波相遇后，每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互相不会发生干扰. 如图2-5-1甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波1和向左传播的波2，相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率，继续沿着各自的方向传播，不会因为相遇而发生任何变化，也就是说相互不会因相遇而发生干扰. 图2-5-1 2.对波的干涉现象的理解 (1)波的叠加是无需条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加. (2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉图样. (3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大.振幅越是接近，干涉图样越明显. (4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化. (5)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零. (6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之

波的衍射

《波的衍射》专题实验论文 摘要：波的衍射专题实验共包括三个实验，光栅衍射实验、单缝衍射光强度的测量及光敏器件的应用和微波布拉格衍射。这三个实验虽然都和衍射相关，但是三个实验又各有不同，其中单缝衍射主要是对衍射进行观察并学会利用光敏器件测量光强分布；光栅衍射则是通过衍射现象去了解光栅的特性，而微波布拉格衍射实验则是通过实验学习微波布拉格衍射理论以及学会一种测量波长的方法。 关键词：衍射、微波布拉格衍射、光栅衍射 正文： 背景：波的衍射是直播在其传播路径上如果遇到障碍物它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影内传播的现象，作为电磁波，光也能产生衍射现象。衍射现象已公费为两类，一类是光源和观察屏（或二者之一）离开衍射孔或缝的距离有限，这种衍射称为菲涅耳衍射（进场衍射）；另一类是光源和观察屏都在离衍射孔或缝无限远处，这种衍射称为夫琅禾费衍射（远场衍射）。夫琅禾费衍射其实是菲涅耳衍射的一种极限情形。惠更斯原理：介质中的任一波阵面上的各点，都可以看作是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。用惠更斯原理很容易解释波的衍射现象。所谓波的衍射是指波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向发生改变，能绕过障碍物的边缘继续前进的现象。当波遇到狭缝或小孔时，这些开口处的各点都可以看作是发射子波的波源，做出这些子波的包迹面，就得出新的波阵面，这样就形成了衍射现象。 论述: 一、单缝衍射: 实验方法：一、手动测量（1）调整光路，打开激光器取狭缝与光敏探测器之间距离为90cm 左右，透镜和狭缝的光敏探测器的距离为80cm，并调节仪器使它们同轴等高。（2）观察记录单缝衍射现象。（3）测量单缝衍射的光强分布及缝宽，转动调节光电池位置的旋柄，是光敏探测器狭缝对准衍射图纹，仔细确定光强度为极大值时狭缝的位置，并记录。然后向一侧稍微移动一点狭缝，这样使峰值包含在内，然后测量出光强直到第二级暗纹处为止。（4）取下单缝，用读数显微镜测量缝宽；二、自动测量（1）调好光路，检查光强，使衍射条纹清晰。（2）采集信号、并记录数据。 实验现象：光强成对称分布；中间明条纹的宽度最宽，约为其他明条纹宽度的两倍;缝越窄，衍射越显著，缝越宽，衍射越不明显。 实验结果：根据实验所得数据画出单缝衍射光强分布曲线图，由公式a sinφ=+kλ计算出缝宽。 二、光栅衍射： 实验方法：（1）调节分光计，然后在载物台上放置光栅，调节光栅位置是光栅刻痕与分光计转轴平行。（2）转动望远镜，观察光栅衍射特性。（3）测量光栅中央亮条纹的角度及中央亮条纹两侧正负1级各条谱线相对中央亮条纹的偏角。 实验现象：可以从望远镜中观察到光栅衍射条纹，中间为一条明亮条纹，在他左右两侧各有紫、绿和两条黄色光条纹。 实验结果：根据所测得的数据计算出各种光的波长，并且用两条黄光计算出光栅的叫色散率。

波的衍射和干涉

第十二章机械波 选修3-4 12、４波得衍射与干涉 【自主预习】 1.波可以___＿____障碍物继续传播,这种现象叫做波得衍射.衍射就是波__＿＿_＿__得现 象._____＿___＿都能发生衍射现象,只就是有得明显,有得不明显而己.波得直线传播只 就是在衍射不明显时得近似. 2.只有当缝、孔得宽度或障碍物得尺寸跟波长_＿＿＿____＿_______，或者___＿__＿_________ 时,才能观察到明显得衍射现象. ３.几列波相遇时能够保持各自得___＿____＿_＿_____,继续传播,即各自得波长、频率等___＿_＿___＿____＿_.几列波相遇时,在它们重叠得区域里，介质得质点同时参与这几列波引起得振动，质点得位移等于几列波单独传播时引起得位移得＿_____＿___,这就就是波得叠加. 4.频率相同得两列波叠加时,某些区域得___＿＿__＿＿____＿_＿、某些区域得 __＿__＿＿＿＿＿____＿_,这种现象叫做波得干涉.产生干涉得两个必要条件:两列波得频率必须________,两个波源得相位差必须______＿__＿＿____＿．一切波都能发生干涉，干涉也就是波所_＿______得现象. 5.关于波得衍射现象，下列说法中正确得就是(） A．某些波在一定条件下才有衍射现象 Ｂ.某些波在任何情况下都有衍射现象 Ｃ.一切波在一定条件下才有衍射现象 Ｄ.一切波在任何情况下都有衍射现象 6.下列现象属于波得衍射现象得就是（） A.在空旷得山谷里喊叫,可以听到回声 Ｂ.“空山不见人,但闻人语响” C.“余音绕梁,三日而不绝” D夏日得雷声有时轰鸣不绝 ７.关于波得叠加与干涉,下列说法中正确得就是(） A．两列频率不相同得波相遇时,因为没有稳定得干涉图样,所以波没有叠加 B.两列频率相同得波相遇时，振动加强得点只就是波峰与波峰相遇得点 C.两列频率相同得波相遇时，介质中振动加强得质点在某时刻得位移可能就是零 D.两列频率相同得波相遇时，振动加强得质点得位移总就是比振动减弱得质点得位移大【自主预习】答案： 1.绕过特有一切波 ２．相差不多比波长更小 3．运动特征保持不变矢量与 4.振幅加大振幅减小相同保持不变特有 5.D[衍射现象就是波在传播过程中所特有得特征,没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象,只就是有得明显,有得不明显,故Ｄ正确．] 6.B 7.C[两列波相遇时一定叠加,没有条件,A错;振动加强就是指振幅增大,而不只就是波峰与波峰相遇,B错;加强点得振幅增大,仍然在自己得平衡位置两侧振动,故某时刻位移x可以就是振幅范围内得任何值,Ｃ正确,Ｄ错误.］ 【典型例题】 知识点一对波得衍射得理解 【例1】(1)既然衍射就是波得特有现象,也就就是说一切波都会发生衍射现象,为什么一般情况下我们都观察不到衍射现象?

电磁场与电磁波

《电磁场与电磁波》学习体会 12通信工程 101120151 康克乾 通过近一学期的学习，我明白了想要学好电磁波，就必须搞明白电磁场与电磁波的关系，只有这样才能不混淆两者的概念正确分别电磁场与电磁波，同事学好电磁场与电磁波！ 电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁场与电磁波在实际生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的应用，具有不可替代的作用。如果没有发现电磁波，现在的社会生活将是无法想象的。 电磁波（Electromagnetic wave) 定义： 从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。 产生 电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。 性质

电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。 其速度等于光速c（每秒3×10的8次方米）。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同，其量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长λ，电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。 通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波与电磁波都能发生折射\反射\衍射\干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射\反射属于粒子性；衍射\干涉为波动性。 能量 电磁波的能量大小由坡印庭矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印庭矢量，E为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是瓦／平方米。

波的衍射和干涉

4、波的衍射和干涉 一、波的衍射 1.波的衍射：波绕过障碍物的现象。如声音传播中的“隔墙有耳”现象。 2.发生明显衍射的条件是：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或比波长 更小时，才能观察到明显的衍射现象。 3.波的衍射现象是波所特有的现象。 二、波叠加原理和独立传播原理 1.~ 2.几列波相遇时能够保持各自的运动状态，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.波的干涉：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 且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉。 注意：（1）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；（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。 2.产生干涉的条件：两列波的频率必须相同。 3.干涉是波特殊的叠加：频率不同的两列波相遇，叠加区各点的合振动的振幅，有时是两 个振动的振幅之和，有时是两个振动的振幅之差，没有振动总是得到加强或总是减弱的区域，这样的两列波叠加，是波普通的叠加，而不是干涉。因此，干涉是波特殊的叠加。 4.干涉也是波特有的现象。由波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。 { 5.当两相干波源振动步调相同时，到两波源的路程差△s是波长整数倍处是加强区；而路 程差是半波长奇数倍处是减弱区。 振动加强位置公式：d1=s1-s2 =±nλ (n=0、1、2、3……) 振动减弱位置公式：d2=s1-s2 =±（2n+1）λ/2 (n=0、1、2、3……)

10041156探究微波实验中的单缝衍射与双缝干涉

探究微波试验中的单缝衍射与双缝干涉 第一作者：100415班张容珲10041156 第二作者：102721班周文博10271110

摘要：在微波实验中探究布拉格衍射的试验中，我们通过单缝衍射来探究波的波长，但是我们发现误差十分之大，这与实验仪器的不精密有很大关系，但是，我们在学习光学进行实验的时候可以清楚地发现，在夫琅禾费的单缝衍射实验现象中波的衍射是十分弱的，但是在杨氏双缝干涉中波的干涉是十分明显的，我们可以进行微波的杨氏双缝干涉来进一步探究微波的波长，并与夫琅禾费单缝衍射进行比较。 关键词：微波实验、布拉格衍射、夫琅禾费单缝衍射、杨氏双缝干涉

目录 探究微波试验中的 (1) 单缝衍射与双缝干涉 (1) 一、实验摘要 (4) 二、实验目的 (4) 1.了解微波的特点，学习微波器件的使用 (4) 三、实验原理 (4) 四、晶体结构 (4) 1.布拉格衍射 (4) 2.单缝衍射 (5) 五、实验仪器 (5) 六、实验内容 (5) 1.验证布拉格公式 (5) 2.单缝衍射实验 (6) 3.杨氏双缝干涉实验 (6) 七、数据处理 (6) 1.验证布拉格衍射公式 (6) 2. 绘制衍射分布曲线 (7) 3.绘制双缝干涉分布曲 (8) 八．实验讨论 (9)

一、 实验摘要 微波是种特定波段的电磁波，其波长范围大约为1mm ～1m 。与普通电磁波一样，微波也存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。但因为其波长、频率和能量具有特殊的量值，微波表现出一系列即不同于普通无线电波，又不同于光波的特点。 微波的波长比普通的电磁波要短得多，加此，其发生、辐射、传播与接收器件都有自己的特殊性。它的波长又比X 射线和光波长得多，如果用微波来仿真“晶格”衍射，发生明显衍射效应的“晶格”可以放大到宏观的尺度。 二、 实验目的 1. 了解微波的特点，学习微波器件的使用 2. 了解布拉格衍射的原理，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微波波长 3. 通过微波的单缝衍射和双缝干涉实验，探究两种方法的精确度。 三、 实验原理 四、 晶体结构 晶体中原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。最简 单的晶格可以是所谓的简单立方晶格，它由沿三个方向x ，y ，z 等距排列 的格点所组成。间距a 称为晶格常数。晶格在几何上的这种对称性也可 用晶面来描述。一个格点可以沿不同方向组成晶面，晶面取向不同，则晶面间距不同。 1.布拉格衍射 晶体对电磁波的衍射是三维的衍射，处理三维 衍射的办法是将其分解成两步走：第一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉（称为点间干涉）；第二步是处理不同晶面间的干涉（称为面间干涉）。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。在三维的晶格衍射中，这个任务是这样分解的：先找到晶面上点间干涉的0级主极大位置，再讨论各不同晶面的0级衍射线发生干涉极大的条件。 （1）点间干涉 电磁波入射到图示晶面上，考虑由多个晶格点A 1，A 2…；B 1，B 2…发出的子波间相干叠加，这个二维点阵衍射的0级主极强方向，应该符合沿此方向所有的衍射线间无程差。无程差的条件应该是：入射线与衍射线所在的平面与晶面A 1 A 2…B 1B 2…垂直，且衍射角等于入射角；换言之，二维点阵的0级主极强方向是以晶面为镜面的反射线方向。 （2）面间干涉 如图示，从间距为d 的相邻两个晶面反射的两束波的程差为 2dsinθ ，θ 为入射波与晶面的折射角，显然，只有满足下列条件的

电磁场与电磁波实验 实验六 布拉格衍射实验

北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告

实验六布拉格衍射实验 一、实验目的 1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。 2、验证电磁波的布拉格方程。 二、实验设备与仪器 DH926B型微波分光仪，喇叭天线，DH1121B型三厘米固态信号源，计算机 三、实验原理 1、晶体结构与密勒指数 固体物质可分成晶体和非晶体两类。任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体内的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的 10ｍ，与X射线的波长数量级相当。因此，晶格常数。晶体格点距离的数量级是-8 对X射线来说，晶体实际上是起着衍射光栅的作用，因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了解。 图4.1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构。 如图6.1这种晶格只要用一个边长为ａ的正立方体沿3个直角坐标轴方向重复即可得到整个空间点阵，ａ就称做点阵常数。通过任一格点，可以画出全同的晶面和某一晶面平行，构成一组晶面，所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏。这样一族晶面不仅平行，而且等距，各晶面上格点分布情况相同。

为了区分晶体中无限多族的平行晶面的方位，人们采用密勒指数标记法。先找出晶面在ｘ、ｙ、ｚ3个坐标轴上以点阵常量为单位的截距值，再取3截距值的倒数比化为最小整数比（ｈ∶ｋ∶ｌ），这个晶面的密勒指数就是（ｈｋｌ）。当然与该面平行的平面密勒指数也是（ｈｋｌ）。利用密勒指数可以很方便地求出一族平行晶面的间距。对于立方晶格，密勒指数为（ｈｋｌ）的晶面族，其面间距hkl d 可按下式计算： 2 2 2 l k h a d hkl ++= 图6.2立方晶格在ｘ—ｙ平面上的投影 如图6.2，实线表示（100）面与ｘ—ｙ平面的交线，虚线与点画线分别表示（110）面和（120）面与ｘ—ｙ平面的交线。由图不难看出 2、微波布拉格衍射 根据用X 射线在晶体内原子平面族的反射来解释X 射线衍射效应的理论，如有一单色平行于X 射线束以掠射角θ入射于晶格点阵中的某平面族，例如图4.2所示之（100）晶面族产生反射，相邻平面间的波程差为 θsin 2100d QR PQ =+ （6.1） 式（6.1）中100d 是（100）平面族的面间距。若程差是波长的整数倍，则二反射波有相长干涉，即因满足

波的干涉说课教案

波的干涉》说课稿 湖北省团风中学熊勇 我说课的内容是“人教版《全日制普通高级中学教科书（必修加 选修）?物理》”第二册第十章第5节：波的干涉。 A．教材分析 一、在教材中的地位 本节内容在《2004年高考考试大纲理科综合》中属I级要求，本 节和前一节波的衍射共同讲解波的特有现象，为后面电磁波及光波的教学打下基础。 二、教材设计流程 波的干涉是波的一种特殊的叠加现象，所以对波的叠加现象的理解是认识波的干涉现象的基础。教材首先讲了波的叠加现象，即两列波相遇而发生叠加时，对某一质点而言，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和。 在学生理解波的叠加的基础上，再进一步说明在特殊情况下，即当两列波的频率相同时，叠加的结果就会出现稳定的特殊图样，即某些点两列波引起的振动始终加强，某些点两列波引起的振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔，这就是干涉现象。

由于对干涉现象的理解，需要一定的空间想象能力，可借助图片、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地理解干涉现象。 三、教学目标 1、知识目标 （1）知道波的叠加原理。 （2）知道什么是波的干涉现象和干涉图样。 （3）理解干涉现象的形成原理。 （4）知道干涉现象是波所特有的现象。 2、能力目标 （1）培养观察、分析、归纳和空间想象能力。 （2）学习将三维空间运动转化为二维平面运动进行分析的思维方法 （3）学习在动态变化中抓住瞬间状态进行分析的思维方法 3、德育目标 培养学生辩证唯物主义的思想和实事求是的精神。 四、教学重点 干涉条件和干涉图样 五、教学难点 干涉现象形成的原理 B．教法分析

一、理论依据 为充分体现学生的学习主体地位，准备采用前苏联教育家马赫穆托夫、列尔涅尔、斯卡特金等人所倡导的问题教学法。其基本程序是：提出问题——引导学生观察实验——启发学生分析和解决问题。解决问题一般要经过四个阶段：即教师提出问题T学生独立思考、观察、讨论分析T教师根据学生交流的情况进行点拨引导T总结得出结论、进行论证。 二、主要目的 充分体现学生的主体地位和作用，让学生在问题中激发兴趣，在问题的争论中辨清问题，在问题的解决中提升能力。 三、主要设想 1、为了形象直观，打算在课堂中采用播放录相、实验演示、电脑动画模拟辅助手段，帮助学生建立形象直观的认识，降低难度。 2、在引导学生分析清楚不连续的脉冲波的叠加情形之后，顺势通过提问让学生思考连续波的叠加情况。引入波的干涉现象。 3、通过对波的干涉现象的观察与分析，分析波的干涉形成的原理，得出波的干涉条件。 四、突破重难点的方法 1、为了能让学生更好的理解波的干涉形成原理，可以采取变“静” 为“动” , “动”中取“静”的分析方法。

光的波动性 电磁波和相对论

第4讲光的波动性电磁波和相对论 一、光的干涉、衍射和偏振 1.光的干涉 (1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象. (2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定. (3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹. 2.光的衍射 发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显. 3.光的偏振 (1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同. (2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光. (3)偏振光的形成 ①让自然光通过偏振片形成偏振光. ②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光. (4)光的偏振现象说明光是一种横波. 自测1(多选)下列属于光的干涉现象的是() 答案BC

解析图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C. 二、电磁波和相对论 1.电磁场、电磁波、电磁波谱 (1)麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场. (2)电磁波 ①电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波. ②电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速). ③不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小. ④v＝λf，f是电磁波的频率. (3)电磁波的发射 ①发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频). ②调制方式 a.调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变. b.调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变. (4)无线电波的接收 ①当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象. ②使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路. ③从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫做解调. (5)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱. 按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线. 2.相对论 (1)狭义相对论的两个基本假设 ①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的. ②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系. (2)质速关系 ①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：

微波干涉和布拉格衍射

微波干涉和布拉格衍射 无线电波、光波、X 光波等都是电磁波。波长在1mm 到1m 范围的电磁波称为微波，其频率范围从300MHz ～3000GHz ，是无线电波中波长最短的电磁波。微波波长介于一般无线电波与光波之间，因此微波有似光性，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质，即具有光的直线传播、反射、折射、衍射、干涉等现象。由于微波的波长比光波的波长在量级上大10000倍左右，因此用微波进行波动实验将比光学方法更简便和直观。本实验就是利用波长3cm 左右的微波代替X 射线对模拟晶体进行布拉格衍射，并用干涉法测量它的波长。 一、 实验目的 1. 了解与学习微波产生的基本原理以及传播和接收等基本特性； 2. 观测微波干涉、衍射、偏振等实验现象； 3. 观测模拟晶体的微波布拉格衍射现象； 4. 通过迈克耳逊实验测量微波波长。 二、 实验仪器 DHMS-1型微波光学综合实验仪一套，包括：X 波段微波信号源、微波发生器、发射喇叭、接收喇叭、微波检波器、检波信号数字显示器、可旋转载物平台和支架，以及实验用附件（反射板、分束板、单缝板、双缝板、晶体模型、读数机构等）。 三、 实验原理 1. 微波的产生和接收 图 6-12-2 微波产生的原理框图 图6-12-1 DHMS-1型微波光学综合实验仪

实验使用的微波发生器是采用电调制方法实现的，优点是应用灵活，参数调配方便，适用于多种微波实验,其工作原理框图见图6-12-2。微波发生器内部有一个电压可调控制的VCO ，用于产生一个4.4GHz-5.2GHz 的信号，它的输出频率可以随输入电压的不同作相应改变，经过滤波器后取二次谐波8.8GHz-9.8GHz ，经过衰减器作适当的衰减后，再放大，经过隔离器后，通过探针输出至波导口，再通过E 面天线发射出去。 接收部分采用检波/数显一体化设计。由E 面喇叭天线接收微波信号，传给高灵敏度的检波管后转化为电信号，通过穿心电容送出检波电压，再通过A/D 转换，由液晶显示器显示微波相对强度。 2. 微波光学实验 微波是一种电磁波，它和其他电磁波如光波、X 射线一样，在均匀介质中沿直线传播，都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振等现象。 （1） 微波的反射实验 微波的波长较一般电磁波短，相对于电磁波更具方向性，因此在传播过程中遇到障碍物，就会发生反射。如当微波在传播过程中，碰到一金属板，则会发生反射，且同样遵循和光线一样的反射定律：即反射线在入射线与法线所决定的平面内，反射角等于入射角。 （2） 微波的单缝衍射实验 当一平面微波入射到一宽度和微波波长可比拟的一狭缝时，在缝后就要发生如光波一般的衍射现象。同样中央零级最强，也最宽，在中央的两侧衍射波强度将迅速减小。根据光的单缝衍射公式推导可知，如为一维衍射，微波单缝衍射图样的强度分布规律也为： 202sin I I μμ= sin πα?μλ ＝ （6-12-1） 式中0I 是中央主极大中心的微波强度，α为单缝的宽度，λ是微波的波长，?为衍射角， 2sin μ／2μ常叫做单缝衍射因子，表征衍射场内任一点微波相对强度的大小。一般可通过测量衍射屏上从中央向两边微波强度变化来验证公式（6-12-1）。同时与光的单缝衍射一样，当 sin α?κλ±＝ κ＝1，2，3，4 （6-12-2） 时，相应的?角位置衍射度强度为零。如测出衍射强度分布如图6-12-3，则可依据第一级 衍射最小值所对应的?角度，利用公式（6-12-2），求出微波波长λ。 图 6-12-3单缝衍射强度分布 （3） 微波的双缝干涉实验

2018届高考物理二轮复习 第十四章 波与相对论 夯基保分练(四)光的波动性 电磁波 相对论 选修3

夯基保分练(四) 光的波动性 电磁波 相对论 [A 级——保分练] 1．(2016·北京高考)下列说法正确的是( ) A ．电磁波在真空中以光速c 传播 B ．在空气中传播的声波是横波 C ．声波只能在空气中传播 D ．光需要介质才能传播 解析：选A 电磁波在真空中的传播速度为光速c ，选项A 正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B 错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C 错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D 错误。 2．(2015·浙江高考)以下说法正确的是( ) A ．真空中蓝光的波长比红光的波长长 B ．天空中的彩虹是由光干涉形成的 C ．光纤通信利用了光的全反射原理 D ．机械波在不同介质中传播，波长保持不变 解析：选C 蓝光的频率大于红光的频率，在真空中两种光的速度相等，由λ＝v f ，可得蓝光的波长小于红光的波长，选项A 错误；天空中的彩虹是由光的折射形成的，选项B 错误；光纤通信利用了光的全反射原理，选项C 正确；机械波在不同介质中传播，频率保持不变，但传播速度不同，由v ＝λf 知，波长发生变化，选项D 错误。 3．(2014·四川高考)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际 的是( ) A ．电磁波不能产生衍射现象 B ．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C ．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D ．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 解析：选C 干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A 错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B 错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项C 正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D 错误。 4．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( ) A ．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B ．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C ．太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同