作业帮电磁波中的相速、群速、波速、光速分别代表什么,有什么区别与联系
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/07/07 17:43:54
电磁波中的相速、群速、波速、光速分别代表什么,有什么区别与联系
波速,指的是波在空间中传递的速度,依照波不同特征所定义而有不同的意涵：相速度、群速度、波前速度、讯号速度.一般不特别指定时,所提的波速是指相速度.
波的相速度或相位速度,或简称相速,是指波的相位在空间中传递的速度,换句话说,波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递.可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰),则此处会以相速度前行.相速度可借由波的频率f与波长λ,或者是角频率ω与波数k的关系式表示：
注意到波的相速度不必然与波的群速度相同；群速度代表的是“振幅变化”(或说波包)的传递速度.
电磁辐射的相速度可能在一些特定情况下(例如：出现异常色散的情形)超过真空中光速,但这不表示任何超光速的信息或者是能量移转.物理学家阿诺•索末菲与里昂•布里于因(Léon Brillouin)对此皆有理论性描述.
波的群速度,或简称群速,是指波幅度外形上的变化(称为波的“调制”或“波包”),其在空间中所传递的速度.想象一下我们将一块石头投入一个平静的池塘中激起一个波浪,随即变成一个中心平静呈环形扩展的波环.这个正在扩展的波环为一组由不同传播速度的独立子波组成.波长较长的子波传播速度较快并消失在整组波的前缘.波长较短传播较慢的波随着整组波内缘的推进而消失.
群速度常被认为是能量或信息顺着波动传播的速度.多数情况下这是正确的,也因此群速度可被视为波形所带有的信号速度.然而,如果波行经过吸收性介质(absorptive medium),这种情况就不一定成立.举例而言,可以设计实验将雷射光脉冲送过特殊准备的物质,使得其群速度大大地超过真空中光速.然而信号速度总是低于或等于光速,因此超光速通信是不可能.此外也可以将群速度减少到零,将脉冲停住,或者是得到负值的群速度,因为脉冲是以相反方向行进.
波的相速度或相位速度,或简称相速,是指波的相位在空间中传递的速度,换句话说,波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递.可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰),则此处会以相速度前行.相速度可借由波的频率f与波长λ,或者是角频率ω与波数k的关系式表示：
注意到波的相速度不必然与波的群速度相同；群速度代表的是“振幅变化”(或说波包)的传递速度.
电磁辐射的相速度可能在一些特定情况下(例如：出现异常色散的情形)超过真空中光速,但这不表示任何超光速的信息或者是能量移转.物理学家阿诺•索末菲与里昂•布里于因(Léon Brillouin)对此皆有理论性描述.
波的群速度,或简称群速,是指波幅度外形上的变化(称为波的“调制”或“波包”),其在空间中所传递的速度.想象一下我们将一块石头投入一个平静的池塘中激起一个波浪,随即变成一个中心平静呈环形扩展的波环.这个正在扩展的波环为一组由不同传播速度的独立子波组成.波长较长的子波传播速度较快并消失在整组波的前缘.波长较短传播较慢的波随着整组波内缘的推进而消失.
群速度常被认为是能量或信息顺着波动传播的速度.多数情况下这是正确的,也因此群速度可被视为波形所带有的信号速度.然而,如果波行经过吸收性介质(absorptive medium),这种情况就不一定成立.举例而言,可以设计实验将雷射光脉冲送过特殊准备的物质,使得其群速度大大地超过真空中光速.然而信号速度总是低于或等于光速,因此超光速通信是不可能.此外也可以将群速度减少到零,将脉冲停住,或者是得到负值的群速度,因为脉冲是以相反方向行进.