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Sandbox Physics

波 · 叠加

Wave Interference

两个点波源同步发射,曲面的高度就是瞬时场值。在光程差为整数个波长的地方它们相互增强;差半个波长时则相互抵消。右侧竖屏画出时间平均后的强度。

交互模型Wave Interference
光程差0.0 px
以波长计 / λ\lambda0.00
探针处场值+0.00
条纹间距0 px

物理教程

波的干涉:相位如何变成明暗条纹

背景线性波在相遇时先叠加振幅。探测器记录振幅平方的时间平均,因此路径差会转换为强度差。

为什么值得理解干涉是测量微小距离、折射率和相位变化的精密工具,也是理解量子振幅的桥梁。

先抓重点

核心问题
两个波源都在发波,为什么某些位置反而一直很暗?
一句话直觉
能量不是直接相加;先相加带符号的场振幅,再对结果平方。

核心数学模型

场与强度

u=u1+u2,Iu2tu=u_1+u_2,\qquad I\propto\langle u^2\rangle_t

同相振幅增强,反相振幅抵消;强度始终非负。

远场条纹间距

ΔyλLd\Delta y\approx\frac{\lambda L}{d}

波长 λ\lambda 越大条纹越宽,波源间距 dd 越大条纹越密。

常见难点

相消不表示能量消失

容易误解暗纹处能量被两个波互相消灭。

正确理解干涉重新分配能量;暗区减少的能量出现在相邻亮区。

需要稳定相位关系

容易误解任意两个同频波源都会形成稳定条纹。

正确理解只有相对相位在观测时间内稳定,时间平均后条纹才不会被洗掉。

动手实验

  1. 01

    找到零路径差

    保持两源同相,把探针放在中垂线上。

    应该观察到: 路径差为零,中央区域持续增强。
  2. 02

    拉长波长

    逐步增大 λ\lambda

    应该观察到: 波前与亮纹间距同时增大。
  3. 03

    拉开波源

    固定 λ\lambda,增大 dd

    应该观察到: 屏上的条纹变得更密。