惠更斯原理反射折射衍射課件

1、10.4 惠更斯原理反射、折射、衍射Huygens，Christiaan惠更斯，克里斯蒂昂(16291695) 伽利略時(shí)代和艾薩克牛頓時(shí)代之間最偉大的科學(xué)家，他發(fā)明了第一具成功的擺鐘(還有很多其他發(fā)明)，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了天文望遠(yuǎn)鏡，提出了完整的光的波動(dòng)說(shuō)。 惠更斯受到了當(dāng)時(shí)最高標(biāo)準(zhǔn)的教育，1645-1647年他在萊頓大學(xué)研讀了數(shù)學(xué)和法學(xué)，然后到布雷達(dá)繼續(xù)攻讀法學(xué)兩年。 通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的觀(guān)察，惠更斯對(duì)光的本質(zhì)發(fā)生了興趣，并創(chuàng)立了用波描述光的行為的完整理論。這一工作在1678年致法國(guó)科學(xué)院的信件中首次發(fā)表，其完整形式則于1690年發(fā)表在他的論光一書(shū)中。 惠更斯原理1. 波前1.1 在同一時(shí)刻，波動(dòng)傳播所至

2、的點(diǎn)集合稱(chēng)為波前( Wavefront )，如水波的相鄰波峰(谷)聯(lián)機(jī)。1.2 直線(xiàn)波的波前為直線(xiàn)，點(diǎn)波源在平面上的波前為圓周線(xiàn)，在空間中則為球面。1.3 波動(dòng)行進(jìn)的方向恒與波前保持垂直。Huygens子波原理的內(nèi)容（1678年）： 1）光波波前上每一點(diǎn)可看成一個(gè)新的次級(jí)波源，發(fā)出子波； 2）下一個(gè)時(shí)刻的波前為所有子波的共同包絡(luò)面； 3）波的傳播方向在子波源與子波面和包絡(luò)面的切點(diǎn)的連線(xiàn)方向上。 一、惠更斯原理 任何時(shí)刻波面上的每一點(diǎn)都可作為次波的波源，各自發(fā)出球面波；在以后的任何時(shí)刻，所有這些次波波面的包絡(luò)面形成整個(gè)波在該時(shí)刻的新波面。ssssr = vt成功之處直線(xiàn)傳播規(guī)律反射折射規(guī)律雙折射

3、現(xiàn)象較好的解釋光的定性的解釋光的干涉、衍射現(xiàn)象不足之處不能解釋干涉衍射光的振幅變化不能解釋衍射光強(qiáng)的重新分布惠更斯原理波前上的每一點(diǎn)可以視為微小子波的來(lái)源，子波并以整體的波速向波之行進(jìn)方向擴(kuò)展。下一時(shí)刻的波前為與各子波相切的曲面。惠更斯原理根據(jù)惠更斯原理，若某瞬間波前為 PP曲面，在 t時(shí)間之后，波前的位置為 QQ曲面，波形進(jìn)行方向與波前垂直。惠更斯原理水面產(chǎn)生直線(xiàn)波的瞬間波形，波前 AA及波前 BB上各點(diǎn)到波源的距離都相同。直線(xiàn)前進(jìn)的平面波，若不遇到任何阻礙，下一時(shí)刻的波前形狀也會(huì)是直線(xiàn)。惠更斯原理vDtv子波構(gòu)成的平面波波前vS(t)S(t+Dt )子波構(gòu)成的球面波波前惠更斯原理對(duì)波的傳播

4、的解釋惠更斯原理對(duì)波的傳播衍射現(xiàn)象：波傳播過(guò)程中當(dāng)遇到障礙物時(shí),能繞過(guò)障礙物的邊緣而傳播的現(xiàn)象。utt時(shí)刻波面 t+t時(shí)刻波面平面波波傳播方向a 如你家在大山后,聽(tīng)廣播和看電視哪個(gè)更容易?(若廣播臺(tái)、電視臺(tái)都在山前側(cè))惠更斯原理對(duì)波的反射和折射的解釋 波的反射 (略)衍射現(xiàn)象顯著與否與障礙物的大小和波長(zhǎng)之比有關(guān)可用惠更斯原理作圖解釋反射、折射波的折射 用作圖法求出折射波的傳播方向BC=u1(t2-t1) 媒質(zhì)1媒質(zhì)2折射波傳播方向AE=u2(t2-t1)ACirt1t2BE由圖有波的折射定律 i-入射角, r-折射角(1)折射線(xiàn)、入射線(xiàn)和界面 法線(xiàn)在同一平面內(nèi)。(2)惠更斯原理對(duì)波的傳播的解釋

5、球面波 tt + t惠更斯原理對(duì)波的衍射現(xiàn)象的解釋衍射現(xiàn)象：波傳播過(guò)程中當(dāng)遇到障礙物時(shí),能繞過(guò)障礙物的邊緣而傳播的現(xiàn)象。utt時(shí)刻波面 t+t時(shí)刻波面平面波波傳播方向(2)發(fā)生明顯波的衍射的條件在前面在不改變波源的條件下，將障礙屏的孔由較大逐漸變小?？梢钥吹讲ǖ难苌洮F(xiàn)象越來(lái)越明顯。由此得出結(jié)論：障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。可能的話(huà)，在不改變障礙孔的條件下，使水波的波長(zhǎng)逐漸變大或逐漸變小?？梢钥吹?，當(dāng)波長(zhǎng)越小時(shí)，波的衍射現(xiàn)象越明顯。由此指出：當(dāng)障礙物的大小與波長(zhǎng)相差不多時(shí)，波的衍射現(xiàn)象較明顯。發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的大小比波長(zhǎng)小，或者與波長(zhǎng)相差不多。波的衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象。在生活中，可遇到的波的衍射現(xiàn)象有： 聲音傳播中的“隔墻有耳”現(xiàn)象；在房間中可以接受到收音機(jī)和電視信號(hào)，是電磁波的衍射現(xiàn)象。Huygens子波原理的內(nèi)容（1678年）： 1）光波波前上每一點(diǎn)可看成一個(gè)新的次級(jí)波源，發(fā)出子波； 2）下一個(gè)時(shí)刻的波前為所有子波的共同包絡(luò)面； 3）波的傳播方向在子波源與子波面和包絡(luò)面的切點(diǎn)的連線(xiàn)方向上。 vDtv子波構(gòu)成的平面波波前vS(t)S(t+Dt )子波構(gòu)成的球面波波