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如何理解波速、波长和频率之间的关系?

 昵称11935121 2018-06-09

这三个概念里,波长和频率是很容易理解的概念,波长越长,频率就越低,这个其实是由定义就可以很容易地得到,理解起来也不难,做一个实验就可以理解了。

如上图所示,滚筒上有运动的白纸,空中悬挂着一个振子(简单起见,你可以把振子想象成假如你手里拿着的一支笔),振子开始振动,你的笔也开始在纸上描画振子所在的坐标,纸也开始以速度v匀速运动。振子振动越快(频率越高),画出来的波波长就越短,而振动越慢,波长就会越长。

严格来说,「波速」其实分成相速度和群速度。不过在默认的情况下,我们所说的「波速」就是指相速度,所以先解释相速度,相速度是指波的相位在空间中传递的速度,如果咱们用上面的图来理解,相速度就是这张纸运动的速度。用上面的实验,也可以很容易就理解相速度其实就等于频率跟波长的乘积。

再顺带说一句群速度,所谓的群速度,是指,如果在传播的过程中,波的振幅在外形上出现了变化,那么这种变化在空间中所传递的速度,它可以理解成是能量或信息在波动中的传播速度。群速度跟相速度之间没有必然的关系,群速度到底有多快,看的是频率跟波矢之间的关系,用量子力学的观点来看,就是能量跟动量之间的关系,群速度看的是能量到底是怎样随着动量的变化而变化的。

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