A-level物理 | 如何更好的理解diffraction与interference！

很多同学在学习“波”相关的知识点的时候，总是一头雾水，尤其是遇到涉及diffraction与interference的理解和应用的题目时，不太理解其中的原理。

那么在今天的文章中，就让我们一起看一下如何更好地理解波的衍射与干涉。

在开始学习衍射与干涉之前，先讲一下superposition。

Superposition这个词本身的意思是叠加，当多个波叠加后就会形成新的波形，这里就涉及到了一个概念：the principle of superposition。

When two or more waves meetat a point, the resultant displacement is the algebraic sum of the displacements of the individual waves, this is called the principle of superposition.

也就是说，多个波叠加后的波形在每一点的位移，是在这一点上其他波形位移的总和，注意这里是displacement，是一个vector，计算总displacement时要考虑方向性。

The principle of superposition可以用来解释常见的如波的衍射（diffraction）与干涉（interference）。

Diffraction is the spreading of a wave as it passes through a gap or around an edge. Diffraction effects are greatest when waves passes through a gap with a width roughly equal to their wavelength.

生活中其实存在很多衍射的现象及应用。

比如microwave的波长大约为10cm，在微波炉门上有细密金属网格，由于microwave的波长比金属网格的间隙大很多，无法进行传播，因此这样的设计可以防止microwave溢出对人身体造成伤害；

还比如由于可被听到的sound waves的波长可以从几毫米到几米，在一些情况下，由于门缝的间隙与sound waves的波长相近，所以即使门是关上的，也能听到一些噪音，而可见光的波长非常短，无法通过门缝发生diffraction，因此在关上门的房间里，门缝下的光不会由于发生衍射而照亮房间。

从上图的diffraction pattern可以看出，当planeripple到达间隙时，每个点A，B和C都会由于其上下运动而引起新的波，我们可以把这些波当做一个新的wave source.

而这些wave source会产生圆形的波前(wavefronts). 根据the principle of superposition可知，最终的波形是由各个点产生的波的叠加，也就是图中红色、黑色、绿色的波进行叠加，形成最终的衍射图案。

Interferenceis when two (or more) waves meet, resultant displacement is the sum of the displacement of each wave. Where two waves arrive at a point in phase with one another so that they add up, this effect is calledconstructive interference. Where they cancel out, the effect iscalled destructive interference.

虽然interference和diffraction单词不一样，但其形成的pattern都是因为发生了superposition.

叠加的结果可以主要分为两大类，destructive和constructive interference.

Destructive interference是当wave处于out of phase 时发生，而constructive interference是在in-phase的时候发生。但波的叠加本身是对phase没有要求的。不管是in phase, 还是out of phase，又或者既不是0°也不是180°的phase difference, 所有情况均可以发生叠加。

总的来看，superposition是‘万物之源’，是出现双缝干涉条纹(double slit interference pattern)或者光栅衍射条纹（diffraction grating pattern）的根本原因。

所以，大家要好好掌握这个知识点哦。