惠更斯原理解释双折射分析
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惠更斯原理折射定律证明嘿呀,咱们今天来唠唠惠更斯原理证明折射定律这事儿,可有趣啦。
咱们先来说说惠更斯原理是啥吧。
惠更斯原理就像是一个超级聪明的小魔法,它说波前上的每一点都可以看作是一个新的子波源。
想象一下啊,就好像一群小蚂蚁在排队前进,每一只蚂蚁都能变成一个新的小队长,带着自己的小队往不同方向走,不过最后组合起来还是一个整齐的大队伍呢。
这个波前就像那排着队的蚂蚁大队,而那些子波源就像一个个小队长啦。
那这个和折射定律有啥关系呢?咱们来看看折射是怎么个情况。
当光从一种介质进入另一种介质的时候,就像一个调皮的小孩从一个游乐场跑到另一个游乐场一样,它的方向会发生改变。
咱们假设光从介质1进入介质2,介质1就像是一个软软的棉花糖世界,介质2呢就像是一个有点黏糊的糖浆世界。
咱们在两种介质的分界面上用惠更斯原理来分析。
在介质1里有一个波前向着分界面冲过来啦。
按照惠更斯原理,这个波前上的每一点都发出子波。
当这些子波到达分界面的时候,它们就开始进入介质2这个糖浆世界。
在介质1里,光传播得比较快,就像小蚂蚁在平地上跑得欢快。
在介质2里,光传播得慢一点,就像小蚂蚁进了泥地。
那些子波在介质2里的传播速度和在介质1里不一样。
咱们来看看这些子波是怎么组合成新的波前的。
在分界面上,不同位置的子波到达分界面的时间有点差别,但是呢,最后组合起来就形成了一个新的波前,这个新波前的方向就和原来在介质1里的波前方向不一样啦。
咱们可以画个小图来理解哦。
就像画两个不同的区域,一个代表介质1,一个代表介质2。
在分界面上把那些子波源都标出来,然后看看它们发出的子波是怎么延伸到介质2里去的。
从这个图里呀,我们就能发现一些有趣的关系。
我们可以用一些简单的几何知识来分析。
比如说,我们可以找到一些相似三角形。
假设光在介质1里的入射角是θ₁,在介质2里的折射角是θ₂。
根据惠更斯原理和我们画的那些子波的图,我们可以发现,光在两种介质里传播的速度比和正弦值有个奇妙的关系。
双折射原理及应用双折射(birefringence)是光束入射到各向异性的晶体,分解为两束光而沿不同方向折射的现象。
它们为振动方向互相垂直的线偏振光。
当光射入各向异性晶体(如方解石晶体)后,可以观察到有两束折射光,这种现象称为光的双折射现象。
两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光,通常用o表示,简称o光;另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光,用e表示,简称e光。
晶体内存在着一个特殊方向,光沿这个方向传播时不产生双折射,即o光和e光重合,在该方向o光和e光的折射率相等,光的传播速度相等。
这个特殊的方向称为晶体的光轴。
光轴”不是指一条直线,而是强调其“方向”。
晶体中某条光线与晶体的光轴所组成的平面称为该光线的主平面。
o光的主平面,e光的光振动在e光的主平面内。
如何解释双折射呢?惠更斯有这样的解释。
1.寻常光(o光)和非常光(e光)一束光线进入方解石晶体(碳酸钙的天然晶体)后,分裂成两束光能,它们沿不同方向折射,这现象称为双折射,这是由晶体的各向异性造成的。
除立方系晶体(例如岩盐)外,光线进入一般晶体时,都将产生双折射现象。
显然,晶体愈厚,射出的光束分得愈开。
当改变入射角i时,o光恒遵守通常的折射定律,e光不符合折射定律。
2.光轴及主平面。
改变入射光的方向时,我们将发现,在方解石这类晶体内部有一确定的方向,光沿这个方向传播时,寻常光和非常光不再分开,不产生双折现象,这一方向称为晶体的光轴。
天然的方解石晶体,是六面棱体,有八个顶点,其中有两个特殊的顶点A和D,相交于A、D两点的棱边之间的夹角,各为102°的钝角.它的光轴方向可以这样来确定,从三个钝角相会合的任一顶点(A或D)引出一条直线,使它和晶体各邻边成等角,这一直线便是光轴方向。
当然,在晶体内任何一条与上述光轴方向平行的直线都是光轴。
晶体中仅具有一个光轴方向的,称为单轴晶体(例如方解石、石英等)。
有些晶体具有两个光轴方向,称为双轴晶体(例如云母、硫磺等)。
口诀法巧画单轴晶体的双折射光线作者:祝昆刘谚翟影杨真艳来源:《科教导刊》2024年第05期摘要基于惠更斯原理作出单轴晶体双折射光线一直是教学中的难点,在教学中,初学的学生往往不能准确完整地画出单轴晶体双折射光线的示意图,原因是该知识点对于初学者来说具有概念多、模型抽象、辅助线多的特点,要正确掌握其画法具有一定难度。
文章根据学生在学习中的困难和容易出现的错误,将惠更斯原理波面作图法进行程序化并总结成口诀,按照口诀能够简单方便地画出单轴晶体双折射光线。
该方法能够帮助初学者正确画出单轴晶体双折射示意图,帮助准确理解抽象概念、掌握双折射光线的画法,值得初学者和教师在学习和教学中参考。
关键词口诀法;双折射作图;单轴晶体中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdk.2024.5.028The Formula Method Skillfully Draws the Refracted Light ofa Uniaxial Birefringent CrystalZHU Kun, LIU Yan, ZHAI Ying, YANG Zhenyan( School of Physics and Electrical Engineering, Liupanshui Normal University,Liupanshui, Guizhou 553000)Abstract Making a single axis crystal birefringent light based on Huygens principle has always been a difficult point in teaching. In teaching, novice students often cannot accurately and completely draw a schematic diagram of the single axis crystal birefringent light. The reason is that this knowledge point has the characteristics of multiple concepts, model extraction, and auxiliary lines for beginners, and it is difficult to master its drawing method correctly. The article programs and summarizes the Huygens principle wavefront drawing method into a mnemonic based on the difficulties and errors that students encounter in learning. Following the mnemonic, it is easy and convenient to draw the birefringent light of a uniaxial crystal. This method can help beginners correctly draw a schematic diagram of uniaxial crystal birefringence, help accurately understand abstract concepts, and master the drawing method of birefringent light. It is worth reference for beginners and teachers in learning and teaching.Keywords formula method; birefringence mapping; uniaxial crystal口訣可以让初学者易学、易记、易懂,起到了事半功倍的效果,口诀法堪称一种优良的教学方法[1-4]。