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大学物理 惠更斯原理 PPT

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大学物理 惠更斯原理-13页PPT资料

大学物理 惠更斯原理-13页PPT资料
§ 惠更斯原理（Huygens principle）
前面讨论了波动的基本概念，现在讨论与波 的传播特性有关的现象、原理和规律。
由于某些原因，波在传播中，其传播方向、 频率和振幅都有可能改变。
惠更斯原理给出的方法（惠更斯作图法） 是一种处理波传播方向的普遍方法。
一. 惠更斯原理（1690） 1. 原理的叙述 媒质中任意波面上的各点， 都可看作是 发射子波（次级波）的波源（点源），其后 的任一时刻，这些子波面的包络面（包迹） 就是波在该时刻的新的波面。
入射波 u1 媒质1
折射率n1 i
法线 B
E
u1t C
· ·· · 媒质2 A · 折射率nu22t r D
F u2
折射波传播方向
•导出折射定律
BC u1ΔtAC siin
· ·· · AD u2ΔtAC sirn · 得 sin i u1
入射波 u1 媒质1
折射率n1 i
法线 B
能绕过障碍物边缘而偏离直线传播的现象。
例如：
· a·
·
· 衍射波
入射波 障碍物
衍射波
入射波 障碍物
相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象
越不明显， 障碍物的线度越小衍射现象越明显。
水波通过窄缝时的衍射
衍射现象是否明显与波长、障碍物的相对大小 有关。 当障碍物较大,比波长大得多时, 衍射不明显; 当障碍物较小,可与波长比拟时, 衍射就明显。
2. 原理的应用 已知 t 时刻的波面 t+t 时刻的波面，
从而可进一步给出波的传播方向。
例如，均匀各向同性媒质内波的传播：
平面波
球面波
t 时刻波面 t+t时刻波面
· 波传播方向

《惠更斯原理》课件

《惠更斯原理》课件

三、波的反射
湖南长郡卫星远程学校
制作 17
2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射
湖南长郡卫星远程学校
制作 17
2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射
a
c
b
B
A
湖南长郡卫星远程学校 制作 17 2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点
a
c
b
B
A
湖南长郡卫星远程学校 制作 17 2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点
a
c
b i
B
A
湖南长郡卫星远程学校 制作 17 2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处B点， A点发射的子波到达A点。同种介质，波速不变. b i
湖南长郡卫星远程学校 制作 17 2014年上学期
三、波的反射 波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象 叫做波的反射。
法线
i
入射角（i）：
i'
平面
入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角 反射角（i）： 反射波的波线与平面法线的夹角i叫做反射角
湖南长郡卫星远程学校 制作 17 2014年上学期
a
B′ B = AA′
vΔt c b i B i
A i i
a c
b
A
湖南长郡卫星远程学校 制作 17
B
2014年上学期
三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处B点， A点发射的子波到达A点。同种介质，波速不变.

惠更斯原理课件

惠更斯原理课件

• (1)介质中任一波面上的各点，都可以看做 发射子波的波源，其后任意时刻，这些子 波在波前进方向的包络面就是新的波面．
• (2)利用惠更斯原理解释波的传播：
• 如图甲，以O为球心的球面波在时刻t的波 面为 γ ，按照惠更斯原理， γ面上每个点都 是子波的波源．设各个方向的波速都是 v ， 在Δt时间之后各子波的波面如图中弧线所 示，弧线圆的半径是vΔt.γ′是这些子波波面 的包络面，它就是原来球面波的波面在时 间Δt后的新位置．可以看出，新的波面仍 是一个球面，它与原来球面的半径之差为 vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离．
• .
• 1.波面 • 在波的传播过程中，任一时刻介质中任何 振动状态相同的点联结成的面叫做波阵面 或波面． • 说明：波面为球面的波叫球面波，波面为 平面的波叫平面波．
• 2 ．波线：沿波的传播方向作一些带箭头 的线，叫做波线． • (1)波线的指向表示波的传播方向． • (2)在各向同性的均匀介质中，波线恒定与 波面垂直． • (3)球面波的波线是沿半径方向的直线，平 面波的波线是垂直于波面的平行直线．(如 下图甲、乙所示)．
• 为什么在空房间里讲话感觉到声音特别响？ • 解析：声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板 发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到 达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以， 人在空房间里讲话感觉声音特别响，而普通房间里 的幔帐、沙发、衣物等会吸收声波，使反射不够强， 所以人在普通房间里讲话不如在空房间里讲话响．
• 答案：云层积累的大量电荷放电，形成闪 电同时发出巨大声音，闪电声在不同云层 之间反复反射，所以较长时间内听到“轰 轰隆隆”的声音.
• (1)波的折射 • 波从一种介质射入另一种介质时，传播方 向发生改变的现象，叫做波的折射． • (2)折射定律 • ①内容：入射角的正弦与折射角的正弦之 比等于波在第一种介质中的速度与波在第 二种介质中的速度之比

21.6-7惠更斯原理-驻波.ppt

21.6-7惠更斯原理-驻波.ppt
k 0,1, Amin 0
波腹
波节
1 (k ) 2 2
相邻波腹（节）间距
2
相邻波腹和波节间距
4
第二十一章
节两侧振动相位相反，在波节处产生 （与行波不同，无相位的传播）.
波动
2）相邻两波节之间质点振动同相位，任一波
π 的相位跃变 .
y
2
y 2 A cos 2π
波源振动
y1 A1 cos(t 1 )
y2 A2 cos(t 2 )
y1 p A1 cos( t 1 2π
点P 的两个分振动
y2 p A2 cos( t 2 2π
r2

r1
)

)
第二十一章
波动
r1
r2
点P 的两个分振动
s1 s2
r1
r2
*
第二十一章
21.6 惠更斯原理
波动
一、惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看作是发射 子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的 波前.
ut
平 面 波 球 面 波
R1
O
R2
第二十一章
二、波的衍射
波动
波在传播过程中遇到与其波长大小相差不大的障碍物 时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播. 水 波 通 过 狭 缝 后 的 衍 射
第二十一章
2 、弦线上的驻波
波动
两端固定的弦线形成驻波时，
u 应满足 l n ， n n 2 2l
n
波长
n和弦线长 l
n 1,2, 由此频率
决定的各种振动方式称为弦线振动的简正模式.
第二十一章

《惠更斯原理》课件

《惠更斯原理》课件

对惠更斯原理的改进和推广
发展高阶惠更斯原理，考虑光在界面上的散射、 吸收和能量损失等因素。
将惠更斯原理与其他光学理论相结合，如几何光 学、波动光学和量子光学等。
探索惠更斯原理在新型光学材料和器件中的应用 ，如光子晶体、超材料和量子点等。
PART 05
惠更斯原理与现代科技
惠更斯原理在科技领域的应用
聚焦和成像。
02
干涉和衍射现象
光波在通过小孔、狭缝等障碍物时，会产生衍射现象；当两束或多束光
波相遇时，会产生干涉现象，这些现象都可以用惠更斯原理来解释。
03
全息摄影
全息摄影技术利用了惠更斯原理，通过记录并再现光波前的信息，实现
了三维图像的记录和再现。
水波的应用
波浪传播
惠更斯原理可以用来描述水波的传播规律，如波前的形状、波速 等。
地震波传播
地震波在地壳中传播时，也会表现出类似于水波和光波的干涉和衍 射现象，惠更斯原理可以用来解释地震波的传播规律。
波动方程
惠更斯原理是波动方程的基本原理之一，可以用来求解各种物理现象 中的波动问题，如弦振动、气体动力学等。
PART 04
惠更斯原理的局限性
惠更斯原理的假设条件
1
假设光在均匀介质中沿直线传播。
2
假设光在传播过程中不发生折射、反射或吸收。
3
假设光在界面上只发生反射或折射，不考虑其他 复杂现象。
惠更斯原理的局限性分析
对于非均匀介质或复 杂光学现象，惠更斯 原理可能无法给出准 确的描述。
在处理非线性光学现 象或量子光学现象时 ，惠更斯原理不再适 用。
在处理高阶光路或高 精度光学系统时，惠 更斯原理的误差可能 较大。
推动了光学和电磁波理论的进步

大学光学经典课件L2惠更斯原理

大学光学经典课件L2惠更斯原理
惠更斯在数学、光学和天文学等领域做出了卓越的贡献，被誉为现代科学 之父之一。
惠更斯原理的提出背景
惠更斯原理是在17世纪末提出 的，当时光学理论正处于快速发
展的阶段。
光的本质和传播方式一直是科学 家们研究的重点，而惠更斯原理 的提出为光的波动理论奠定了基
础。
惠更斯原理的提出是基于对光的 干涉和衍射现象的观察和实验研
详细描述
在水槽中设置两个相干的水波源 ，观察水波干涉形成的明暗相间 的条纹，通过测量条纹间距与理 论值对比，验证惠更斯原理。
光波干涉与衍射实验
总结词
通过光
详细描述
利用分束器将单色光分成两束相干光波，观察光波干涉形成 的明暗干涉条纹；同时进行单缝和双缝衍射实验，观察衍射 条纹的分布，并与理论值进行比较。
不适用于非线性光学
惠更斯原理主要适用于线性光学领域，对于非线性光学领域的应用则较 为有限。
03
对光束质量要求高
惠更斯原理要求光束质量高，光束参数偏差小，否则会影响干涉效果。
惠更斯原理的未来发展方向
探索更广泛的应用
领域
随着光学技术和应用的发展，惠 更斯原理有望在更多领域得到应 用，如生物医学、传感检测、通 信等领域。
指导光学系统设计
惠更斯原理在光学仪器和光学系统设计中有重要应用，如透镜、反 射镜等光学元件的设计，以及干涉仪、光谱仪等光学仪器的设计。
促进物理学发展
惠更斯原理是物理学的重要基石之一，它的发展和应用对于推动物理 学和相关学科的发展具有重要意义。
惠更斯原理的局限性
01 02
理想化模型
惠更斯原理是一个理想化的模型，它假设波阵面是无限薄的，这在实际 情况中是不成立的。因此，在某些情况下，惠更斯原理的应用会受到限 制。

物理课件9.4惠更斯原理

物理课件9.4惠更斯原理

仅适用于线性介质
惠更斯原理主要适用于线性介质，对于非线性介质，其应用受到 限制。
忽略波动性
惠更斯原理忽略了波的波动性，对于波动性较强的波，其预测结果 可能不准确。
无法处理反射和折射
惠更斯原理无法处理波在界面上的反射和折射现象，对于复杂波阵 面形状的预测存在局限。
惠更斯原理的发展方向
推广至非线性介质
02
波动理论基础知识
波动的基本概念
波动
波长
频率
振幅
物体振动产生的能量在 介质中传播的现象。
波动中相邻两个波峰或 波谷之间的距离。
单位时间内波动的次数 。
波动中振动的最大位移 量。
波动方程的建立
线性偏微分方程
描述波动现象的基本方程，表示波动在空间和时间上的变化 规律。
初始条件和边界条件
确定波动方程解的条件，包括波源、介质性质和边界约束等 。
波的传播特性
01
02
03
反射和折射
当波遇到不同介质时，部 分能量反射，部分能量折 射进入新介质。
干涉和衍射
当两个或多个波相遇时， 会产生干涉现象；波通过 障碍物时，绕过边缘产生 衍射现象。
多普勒效应
当波源或观察者移动时， 波的频率会发生变化。
03
惠更斯原理的应用
光的衍射现象
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍 物时，会绕过障碍物继续 传播的现象。
研究惠更斯原理在非线性介质中 的应用，提高其在非线性波传播
模拟中的精度。
考虑波动性的影响
将波动性因素纳入惠更斯原理的模 型中，以更准确地描述波的传播。
发展高阶近似方法
研究和发展高阶近似方法，以处理 复杂波阵面形状和波的散射问题。

大学光学经典课件L2_惠更斯原理

大学光学经典课件L2_惠更斯原理

在m种不同的媒质中有：
m
(QP) ni li
Q l1 M l2 N l3
媒质1
n1
媒质2 媒质3
n2 n3
P
i 1
在折射率连续变化的媒质中：(QP)
P
ndl
Q
3.2 光在媒质中走过的光程等于
在真空中走过的几何路程
l nl 证明：t l0 l cv
，n c
v
就有
0
2020/10/18
这个命题的物理意义：
可以通过比较光程比较两个波动的状态差异。
2020/10/18
8
3.4 位相差与光程差成正比
Q点的振动方程：EQ E0 cos(0 t) Q
P
P点的振动方程就是：
EP E0 cos(0 (t ))
其中 2 l 2 nl 2 nl
v
c
定义波矢：k0
kkˆ
2 0
kˆ0
0
6
3.3 光程相同含有的波数相同：N1 N2
波数定义：N l
已知： n1l1 n2l2 N1
n1 l1
求证： N1 N2
n2 l2 N2
证明：N2l2Fra bibliotek2,
N1
l1
1
,
n c 0 0 v
2020/10/18
7
N1
l1
1
n1l1
0
,
N2
l2
2
n2l2
0
已知有：n1l1 n2l2 就有：N1 N2
2020/10/18
13
故光程 AC'B总是大于光程AC''B 而非极小值。可见光程最短的路径

惠更斯原理及其应用PPT教学课件

惠更斯原理及其应用PPT教学课件
有个马屁精叫虢石父，替周幽王想了一个主意。周王朝为了防 备西部一个叫犬戎的少数民族部落的进攻，在骊山一带造了20多座 烽火台。如果犬戎打过来，把守第一道关的士兵就把火烧起来；。” 第二道关的士兵见到了，也把烽火烧起来。这样附近的诸侯见到了， 就会发兵来救。虢石父对周幽王说：“大王可以跟娘娘上骊山去玩 几天。到了晚上，咱们把烽火点起来，让附近的诸侯见了赶来上个 大当。娘娘见了许多兵马扑了个空，肯定会笑的！
2:作者认为”祖国的西北部那里还很穷,很荒凉, 还在沉睡,但是却充满了生机”,这样说是否前后 相矛盾呢?
并不矛盾:贫穷、荒凉的确是客观事实:说它同时”充 满生机”是说西北部有很大的发展潜力,西北部的人 民纯朴热情、渴望发展，饱含了作者对西北部深厚 的感情!
3:文章结尾说”我的梦还在继续着”, 这里梦的含义是什么?
7、毛索洛斯墓庙 毛索洛斯墓庙位于哈利卡纳素斯，在土耳其的西南方，底部建筑
为长方形，面積是40米(120呎)乘30米(100呎)，高45米(140呎)，其 中墩座墙高20米，柱高12米，金字塔高7米，最顶部的马车雕像高6 米建筑物被墩座墙围住，旁边以石像作装饰，顶部的雕像是四匹马 拉著一架古代双辆战车。
周幽王拍着手说：“好极了，就这么办吧!” 他们上了骊山，真的把烽火点了起来。临近的诸侯得
到了这个警报，赶紧带领兵马来救。没想到赶到那儿，却 听到山上一阵阵欢快的奏乐声和唱歌声，大伙儿都愣了。
诸侯知道上了当，都憋了一肚子气回去了。褒姒见此情景 真的笑了。
周幽王见娘娘笑了，就赏给了虢石父一千两黄金。 周幽王为取得褒姒欢心，后来干脆把王后和太子废了， 立褒姒为王后，立褒姒生的儿子伯服为太子。 原王后的父亲是申国的诸侯，他知道这个消息后，非 常气愤，于是，就联合犬戎进攻周朝的都城镐京。 周幽王连忙下令点起骊山的烽火。烽火台上，白天浓

惠更斯原理 课件

惠更斯原理 课件
是 v,在 Δt 时间之后各子波的波面如图中细曲线所示,细曲线圆的半
径是 vΔt。γ'是这些子波波面的包络面,它就是原来球面波的波面在
时间 Δt 后的新位置。可以看出,新的波面仍是一个球面,它与原来球
面的半径之差为 vΔt,表示波向前传播了 vΔt 的距离。
与此类似,可以用惠更斯原理说明平面波的传播(如图 2)。
答案:17 17.9
0.1
2
s=0.95 s,汽车运
思悟升华
回声测距的方法技巧
利用回声测距是波的反射的一个重要应用,它的特点是声源正
对障碍物,声源发出的声波与回声在同一条直线上传播。
(1)若是一般情况下的反射,反射波和入射波是遵从反射定律的,
可用反射定律作图后再求解。
(2)利用回声测距时,要特别注意声源是否运动,若声源运动,声
面也是圆的,这说明波面总是球面,你认为他的观点对吗?
答案:不对,波面是球面的称为球面波,波面是平面的称为平面波。
如地震波中就包含横波、纵波和面波三种。
2.怎样利用惠更斯原理解释波的传播?
图1
图2
答案:如图 1 所示,以 O 为球心的球面波在时刻 t 的波面为 γ,按
照惠更斯原理,γ 面上每个点都是子波的波源。设各个方向的波速都
解析:根据惠更斯原理,介质中任一波面上的各点,都可以看做发
射子波的波源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是
新的波面,同一波面上各质点的振动情况完全相同,选项 A 正确;不同
波面上质点的振动情况可能相同,选项 B 正确;波线始终与波面垂直,
选项 D 正确;球面波是以波源为中心的一个个球面,选项 C 正确。
如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速,利用惠

惠更斯原理 课件

惠更斯原理 课件

波现象 比较项
波的反射
波的折射
传播方向
频率 f 波速 v 波长 λ
改变
不变 不变 不变
θ 反=θ 入
改变
不变 改变 改变
θ 折≠θ 入
探究一
探究二
说明 1.频率 f 由波源决定,故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率即 波源的振动频率相同。 2.波速 v 由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不 变;而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化。 3.据 v=λf 知,波长 λ 与 v 及 f 有关,即与介质及波源有关,反射波与入射 波在同一介质中传播,频率相同,故波长相同。折射波与入射波在不同介质 中传播,f 相同,v 不同,故 λ 不同。
探究一
探究二
解析:波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的 声波在水中与在空气中传播时频率相同。但机械波在介质中传播的速度只
取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传 播的速度。由 v=λf 知,声波在水中的波长应较大,对应于题图中波形曲线 b, 故只有选项 A 正确。
都跟入射波相同,利用波的反射可以进行回声测距和超声波定位。 2.回声测距 (1)当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播,由于反射
波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离 一样的情况下,用的时间相等,设经过时间 t 听到回声,则声源距障碍物的距 离为 s=v 声2������。
探究二
3.超声波定位 蝙蝠、海豚能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回 来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的 位置,从而确定飞行或游动方向。
警示:波在同一均匀介质中传播可以看成匀速直线运动,其规律可以利
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发出的两列波传到点P 时干涉的结果.
P
解 B P125 22m 02m 5
15m
u1100m 00.10m的相位较 B 超
前，则 ABπ .
B A 2 π B A P P π 2 π 2 0 .1 1 5 5 2π 0
点P 合振幅
AA1A2 0
1. 两相干波分别沿BP、CP方向传播,它们在B点和C点的 振动表达式分别为yB = 0.2cos2 t 和yC = 0.3cos(2 t + ) (SI)己知BP=0.4m,CP=0.5m波速u=0.2m/s,则P点合振动 的振幅为
AA1A2 振动始终减弱
其他 A 1A 2A A 1A 2
讨论
A A 1 2 A 2 2 2 A 1 A 2c o s
212πr2r1
若
1 2 则
2π
波程差 r2r1
kk 0 , 1 , 2 ,
AA1A2 振动始终加强
3 ) ( k 1 2 )k 0 , 1 , 2 ,
几列波相遇之后，仍然保持它们各自原有的特征
（频率、波长、振幅、振动方向等）不变, 并按照原来 的方向继续前进, 好象没有遇到过其他波一样.（独立性）
在相遇区域内任一点的振动，为各列波单独存在
时在该点所引起的振动位移的矢量和.（叠加性）
2 波的干涉
频率相同、 振动方向平行、 相位相同或相位 差恒定的两列波 相遇时，使某些 地方振动始终加 强，而使另一些 地方振动始终减 弱的现象，称为 波的干涉现象.
一 惠更斯原理 • 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波 的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是
新的波前. 这就是惠更斯原理.
ut
平 面 波
球 面 波
R1
O
R2
• 波的衍射 波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物
的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.
水
波
通
波
过
的
狭
衍
缝
射
后
的
衍
射
二 波的干涉 1 波的叠加原理
(A) 0.2m.
P
(B) 0.3m.
(C) 0.5m.
(D) 0.1m.
B
C
AA1A2 振动始终减弱
其他 A1A2AA1A2
6 – 4 惠更斯原理
大家应该也有点累了，稍作休息
物理学教程 （第二版）
大家有疑问的，可以询问
10
第六章 机械波
例 如图所示，A、B 两点为同一介质中两相干波
源.其振幅皆为5cm，频率皆为100Hz，但当点 A 为波
峰时，点B 恰为波谷.设波速为10m/s，试写出由A、B
s 1
r1 *P
s2
r2
y1pA1c ots (12πr1)
y2pA2c ots (22πr2)
y p y 1 p y 2 p A co t s)(
tanA A11csions11( (22ππrr11)) A A22scion2s2( (22ππrr21))
A A 1 2 A 2 2 2 A 1 A 2c o s
212πr2r1
常量
讨论
A A 1 2 A 2 2 2 A 1 A 2c o s
212πr2r1
1 ) 合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分
布随位置而变，但是稳定的. 2 k π k 0 , 1 , 2 ,
AA1A2 振动始终加强
2 ) ( 2 k 1 ) π k 0 , 1 , 2 ,
水波的干涉现象
s1
r1
*P
s2
r2
波源振动
点P 的两个分振动
➢ 波的相干条件
1）频率相同； 2）振动方向平行； 3）相位相同或相位差恒定.
y 1A 1cot s1 ) (
y 2 A 2co t s2 ) (
y1pA1c ots (12π r1) y2pA2c ots (22πr2)
点P 的两个分振动