Question

波为什么能发生衍射和干涉

上波的这节的时候 我一直有这个问题 波的衍射和干涉到底是怎么发生的。 我问其他人 要不说不知道 要不就说这是实验现象
拜托哪位高手解答一下！
谢谢！

Answer 1

先说两点，这都是实验现象，我难以进一步解释了：

1. 波的特点是在空间和时间上存在相位，图像性的说法就是说某一时刻，有的地方是峰，有的地方是谷。 而某一位置有的时候在峰，有的时候在谷。

2. 我们把讨论的波限制为机械波和电磁波的话，他们都有线性叠加的性质，就是说一列波传到了这个时间，这个位置，决定这个位置的波值（比如说电磁场，那就可以是电场强度）是+5，另一列波传来，决定这个时间这个位置是-3，那么这个地方的值其实就是+2。

先说干涉，最简单情况，如果两列波波速相同，频率相同，那么他们的时间和空间频率都相同，如果你仔细地写出波动方程（如果不会写，或者好好地画画图，想想某一个时间某一个位置，在第一列波的影响下应该是什么波值，在第二列波影响下应该是什么波值），会发现存在那么一些地方，在所有的时刻下，假如第一列波让它的波值成为+x，第二列波总是让它成为-x，这个地方由于干涉，就成了一个波值不动的点（相消干涉），而有的地方，假如第一列波让它+x, 第二列波也总是让它+x，这个地方的振动就总是被增强的（相长干涉）。所以，以光的双缝干涉实验来说，相当于两列光波从两个缝隙处发出，在屏处某点，两列波相长干涉，条纹发亮，某处相消干涉，条纹发暗。

然后说衍射，说机械波的小孔衍射吧。
机械波的传播中，遇到物体，不同的物体可能有两个作用：

1. 次级波源，比如水波是水面的上下起伏，波传到某个位置的水这里，水跟随波振动，这个地方的水的振动会引起下一个位置的水振动，下一个位置是什么位置？并不是波传播的方向，而是所有跟这个位置相邻的位置，就是说，包括前后左右。这个其实才合理对吧，这个地方的水，当然要影响所有邻居，它又不知道原来的波是向那个方向的。但是，同时还有很多很多地方的其它水有了起伏，它们也会继续影响周围的水。其实，每一个小小的空间里的水都形成了一列波，这无穷的波，相互叠加（上面说过的干涉），形成了你看到的水波。这个数学上可以证明，实验上也可以证明，所以这么描述是没有问题的。
2. 障碍物，水波遇到固定的挡板，无法移动它，那就算传不过去了。如果有一个小孔，会怎么样呢？那就是小孔处的水做为次级波源，而旁边的挡板处不再有新的波源。大白话说就是这个小孔受到水波影响了，在振动，旁边没有受到影响。所以挡板后面的情况就相当于以这个小孔为波源的一个全新的波，一系列全新的半圆条纹。

这是最本质的事实，其他各种形式的复杂衍射和干涉，只是数学上更麻烦些而已。关键就是三个概念：相位，线性叠加，次级波源。

Answer 2

1.障碍物或小孔的尺寸远小于波长时，不能观察到明显的衍射现象是因为孔太小时则传递的能量太小以致不便于观察，极端一点，孔小到没有了，波一点也传不过去了；或者石头小到没有了，波继续传播自己的，不受影响。
2.合理的孔的大小是其尺寸与波长相当，也就是障碍物或小孔的尺寸小于或等于波长时衍射最明显。孔太大时产生的包络弯曲度将很不明显，孔太小时则传递的能量太小以致不便于观察，因而合理的孔的大小是其尺寸与波长相当。做题的时候一般不需要考虑太多，按一般情况就行，根据题意做就好。
3. 波可以绕过障碍物继续传播，即发生衍射，那观察到的现象也就一样了。小孔越小（比波长小的情况下）衍射现象不明显，你说的很对。但是石头越小（比波长小的情况下），衍射不是越明显，比如1里面说的石头小到没有了，波继续传播自己的，不受影响。根据衍射定义，波可以绕过障碍物继续传播，在这里，石头跟小孔都属于障碍物，没什么区别。
关于干涉是指两波重叠时组成新合成波的现象。频率不相同的两列波，只有偶尔的一点交叉，不能算重叠，也就谈不上干涉了。

参考资料：知识

Answer 3

发生干涉的原因是 机械波是由质点震动产生 当两两列波在某处相遇时质点运动特征会符合两列波的特征 即干涉 非机械波根据量子理论 在传播时也是一份份单位的震动 衍射是波绕过障碍物 因为波具有波动性 他可以将能量运动特征通过质点传输过去

Answer 4

具有能量吧