惠更斯原理

HUYGENS-FRESNEL PRINCIPLE

惠更斯-菲涅耳原理

目录

The One---The Origin of the Huygens-Fresnel principle

The Two ---The Essence of the Huygens-Fresnel principle

The Three---The Conclusion of the Huygens-Fresnel principle

一、惠更斯-菲涅耳原理的起源

二、惠更斯-菲涅耳原理的本质

三、惠更斯-菲涅耳原理的结论

The One---The Origin of the Huygens-Fresnel principle

一、惠更斯-菲涅耳原理的起源

The penetration of light waves into the region of a geometrical shadow can be

explained with the aid of Huygens'principle.This principle,however,gives no

information on the amplitude and ,consequently,on the intensity of waves propagating

in different directions. The French physicist Augustin Fresnel (1788~1827)

supplemented Huygens'principle with the concept of the interference of secondary

waves.Taking into account the amplitudes and phases of the secondary waves makes

it possible to find the amplitude of the resultant wave for any point of

２００７年６月　

；２３卷第３　思茅师范高等专科学校学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｉｍａｏ　Ｔｅａｃｈｅｒ’ｓ　Ｃｏｌｌ　Ｊｕｎ．２００７　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．３　

浅议惠更斯原理　

白春燕　

（思茅师范高等专科学校计算机科学系，云南普洱６６５０００）　

【摘　要】　惠更斯原理在物理光学中有重要地位，文中利用惠更斯原理推导光的直线传播、反射、折　

射规律。　

【关键词】　次波；惠更斯原理；包络面　

【中图分类号】０４３１　【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８—８０５９（２００７）０３—００４７—０２　

１　引言　

惠更斯原理由荷兰物理学家惠更斯在创立光　

的波动说明首先提出的。他认为行进中的波阵面　上任一点都可看作是新的次波源，而从波阵面上　

各点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波　

面在一定时间内所传播的新波面。根据惠更斯原　

理，可以推导光的直线传播、反射和折射定律。　

２利用惠更斯原理推导光的直线传播定律　

２．１球面波　

如图１所示，设以０为中心的球面波以波速　

在各向同性的均匀介质中以波束ｕ传播，在ｔ时　

刻的波阵面是半径为Ｒ。的球面Ｓ。。Ａｔ时间后　的波阵面ｓ　可由惠更斯原理求得。以ｓ。上各点　

为中心，以ｒ＝ｕＡｔ为半径，可以画出许多球形的　

次波，这些次波在波行进的前方的包络面，就是ｔ　

＋△ｔ时刻的波阵面Ｓ　。显然，Ｓ：是以０为中心，　

以Ｒ２＝Ｒｌ＋ＵＡｔ为半径的球面。　

图１　２．２平面波　

同理，若已知平面波在某时刻的波阵面Ｓ。，　如图２所示，根据惠更斯原理，可以求出△ｔ时间　

后的新的波阵面Ｓ　，Ｓ　即为Ｓ。波面上的球次波　

在Ａｔ时间后的包络面。　

图２　

以上的情形，只有当波动在各向同性的均匀　介质中传播时，用惠更斯原理求出的波阵面的几　

何形状才保持不变。这结果也与实际相符。当波　

在不均匀介质或各向异性介质中传播时，同样也　

可以应用惠更斯原理求出波阵面，不过波阵面的　

几何形状和波的传播方向都可能发生变化。　

３利用惠更斯原理推导光的反射、折射定律　

1 时间：3月 27日 星期四 主（中心）备课人： 授课人：

年级 高二 教材 人教版 选修3-4 章节 第十二章第6节 第 课时

课题 惠更斯原理 课型 新授课 累计第 课时

教

学

目

标 知识技能目标 1、知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射

2、知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同

3、知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同，掌握入射角与折射角的关系

过程方法目标 通过对波发生反射现象的自学和讨论培养学生的自学能力与理解能力。

情感态度与价值观目标 体会惠更斯原理，体验周密思考问题能力的重要性。

教学重点 惠更斯原理，波的反射和折射规律

教学难点 惠更斯原理

教具

教学方法 自学、讨论探究、交流、多媒体课件、课堂演示，flash课件

教学过程 教师行为 学生行为 设计意图

检查反馈 默写：

多普勒效应 限时完成 检查效果

知识讲解 教学过程：

一.引入新课

1．蝙蝠的“眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。

2．隐形飞机F—117：雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。

由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。

一.波面和波线 波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面． 学生回忆上节课所学回答问题。

惠更斯原理

作者：一点秋 出自：午夜 “Insert” & “ De... 浏览/评论：811/0 日期：2007年5月18日 23:00

科学家：惠更斯

历史背景：

人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹．历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说．二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性．人们对光的本性的认识过程可概括为：

光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒

二象性．

一、光的波动说的形成

十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人．

1．笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程

十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿（1596—1650）曾用他提出的“以太”假说来说明光的本性．他用以太中的压力来说明光的传播过程．如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力．这一媒质被称为以太，它充满了整个空间．压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色．他的主张是强调媒质的影响，以“作用”的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人．

2．胡克把光波与水波类比指出光的波动性

胡克在1665 年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动．他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动．在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为“在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播”，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角．胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合．这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念．