7_3波的几何描述
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02-07-03
波的几何描述

 

 

  当波源在介质中振动时,凭借介质中质元之间的相互作用,引起波源周围各质元围绕着自己的平衡位置相继投入振动。这样,振动将向各方向传播出去。如下图所示,我们形象地把波的传播方向称为波线或射线。把某一时刻振动所传播到的各点所连结成的曲面称为波前。而把传播过程中振动相位相同的各点所连结成的曲面,称为波面,亦称同相面。在任何的时刻都只能有一个确定的波前;而在任何时刻,波面的数目则是任意多的。由于波前上各点同时开始振动,各点的相位必然是相同的,因而波前是波面的特例。

    (a)           (b)            (c)  

  若波源的大小和形状与波的传播距离相比较,可以忽略不计,则我们可以把它当作点波源。在各向同性的介质中,振动在各个方向上的传播速度大小是相同的,因此,振动从点波源出发,在各向同性介质中向各个方向传播出去,其波前和波面都是以点波源为中心的球面。若点波源在无穷远处,则在一定范围的局部区域内,波面和波前的形状都近乎是平面(图a)。 我们可按波面的形状将波分类,例如波面为球面的波,称为球面波(图b);波面为平面的波,称为平面波(图c)。在各向同性的介质中波线恒与波面垂直。因此在球面波的情况下,波线从点波源出发,沿径向呈辐射状;在平面波的情况下,波线是与波面垂直的许多平行直线(图c)。例如,传播到地球表面的太阳光线可以认为是平行的波线,即把太阳当作位于无限远处的点波源;远处传来的声波也可看作平面波。