波的叠加
- 要求介质为线性介质(弹性模量为常数)
- 各波独立传播,互不影响。相遇后,各列波仍按原来的规律传播。
驻波
- 形成条件:两列相干波频率、振幅、振动方向相同,传播方向相反,相位差恒定
取两波为 、,叠加得(积化和差):
驻波方程
各点振幅为 ,随位置变化。波形在原地起伏,波节、波腹的位置不移动。
| 位置 | 振动情况 | 条件 | 坐标 |
|---|---|---|---|
| 波腹 | 振幅最大,为 | ||
| 波节 | 始终不动,振幅为 |

- 相邻波节间、波腹间,相距 ;相邻波节、波腹间,相距 。
- 两波节之间的质点一起向上、一起向下;隔着一个波节的两段运动方向相反。
一端固定弦的驻波波长条件
- 一端固定,一端自由 固定端为波节,自由端为波腹
两端固定弦的驻波波长条件
- 两端固定 两端都是波节
简正频率
为波速。基频 :弦上只有一个波腹;第 阶有 个波腹,频率为基频的 倍。
驻波中的能量
对弦上驻波:
- 动能:波腹振动速度快,动能最大;波节不动,动能为零。
- 势能:波节处弦斜率(形变)最大,势能最大;波腹处斜率为零,
- 动能、势能交替变化;能量可在局部来回流动,任一截面的周期平均能流为零。
波的干涉
-
干涉条件(相干条件)
- 频率相同
- 振动方向相同
- 初相差恒定
-
两相干波源 (初相 ),在空间某点 处的相位差:
其中 分别为 到两波源的距离。
干涉加强与减弱
- 加强(振幅最大):,
- 减弱(振幅最小):,
- 当 时,减弱处振幅为 (完全相消)
波的反射
波在传播过程中遇到介质界面时,一部分透射,一部分反射。
半波损失
波从波疏介质射向波密介质界面时,反射波位移反向,波相位突变 (等价于损失半个波长),称为半波损失。
- 半波损失的原因是为了保证固定端位移为0,即A\cos(\omega t-kx+\varphi_{0})$$+A\cos(\omega t+k(x-2x_{0})+\varphi_{0}+\Delta\varphi)\equiv0|_{x=x_{0}},则要求
半波损失的反射波的波函数:
反射总结
| 情形 | 反射波 | 透射波 |
|---|---|---|
| 固定端反射 | 反相(半波损失 ) | — |
| 自由端反射 | 同相(无半波损失) | — |
| 波疏→波密 | 有半波损失(相位突变 ) | 无半波损失 |
| 波密→波疏 | 无半波损失(相位不变) | 无半波损失 |