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波阵面

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显然,平面波的波阵面为平面
透镜可以改变波阵面的形状,此处的平面波在通过透镜后即变为了球面波。

波陣面(wave surface)或同相面[1](equiphase surface),简称波面[2][3],為介质傳播时,经相同时间所到达的各点所連成的直线曲线(二维内)或(三维内)。也就是说,它指的是在某一时刻波动所达到的各点所连成的曲面。最前方的曲面叫做“波前”(wavefront),後方的波陣面亦可叫做波前。

物理学中,时变波场(time-varying wave field)的波前或波阵面,是具有相同相位的所有点的集合轨迹[4]。该术语通常仅对“在各点处,随时间呈单频(a single temporal frequency ,单一时间频率,而非空间频率正弦变化的”具有实际物理意义(否则相位将无法明确定义)。

波前或波阵面,通常随时间向前推进。对于在一维介质中传播的波,其波前通常为孤立的点;在二维介质中表现为曲线,而在三维介质中则表现为曲面。

术语鉴别

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尽管波阵面和同相面在数学本质上是完全相同的,但在物理概念的适用边界上,同相面的范畴要大于波阵面,即:波阵面一定是同相面,但同相面不一定能被称为波阵面。例如:在行波中,两者完全相同;但在驻波中,只有同相面,没有波阵面。在衰减波中,等振幅面和等相位面是不重合的,在此情况下,波阵面语意较含糊不清,若是指等相位面,则应称等相面或同相面,其不同于另一独立特征属性的等振幅面或等幅面。

波阵面质点振动情况与机械波波源初始振动情况相同。由于同一波阵面上各点的振动相位相同,所以波阵面是同相面(即相位差为零)。

参考

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  1. ^ 宋小龙, 庄良, 葛永华. 大学物理学习指导 2. 清華大學出版社. 2018: 213. ISBN 9787302454632. 
  2. ^ 张三慧. 大学物理学: 波动与光学. 第四册, 第 4 卷. 清华大学出版社. 2000: 56. ISBN 9787302037835. 
  3. ^ 张三慧. 大学基础物理学. 清华大学出版社. 2003: 786. ISBN 9787302072584. 
  4. ^ Essential Principles of Physics, P. M. Whelan, M. J. Hodgeson, 2nd Edition, 1978, John Murray, ISBN 0-7195-3382-1