大学物理第二章-4-惠更斯原理,衍射,折射

6.5 波的干涉
6.5.1 波的叠加原理 1. 波传播的独立性原理
几列波在空间某点相遇后，每一列波都能独立地 保持自己的原有特性（频率、波长、振动方向等） 传播，就像在各自路程中，并没有遇到其它波一样.
例如： 管弦乐队合奏;
几个人同时讲话;
天空中多个无线电波.
2. 波的叠加原理
几列波在某点相遇时，该处质点的振动为各列波 单独在该点引起的振动的合振动.
水
波
通
波
过
的
狭
衍
缝
射
后
的
衍
射
讨论
1. 波的衍射现象是否明显，取决于障碍物的线度与波长的关系
小孔的直径远小于 波长时的衍射现象
小孔的直径大于 波长时的衍射现象
2. 室温下，声速为340m/s，频率20-20000Hz，波长范围：
u 0.017 ~ 17m
与障碍物尺度相当，所以声波的衍射现象较显著.
相遇前
相遇时
相遇后
6.5.2 波的干涉条件和公式
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，某些地方振 动始终加强，另 一些地方振动始 终减弱的现象， 称波的干涉现象.
波的相干条件:
(1) 频率相同；
S1
(2) 振动方向平行；
(3) 相位相同或相位差恒定. S2
r1
*P
r2
当(2 1) 2k 时
A = A1+ A2 —合振幅最大，同相
当(2 1) (2k 1) 时 A = |A1A2 | —合振幅最小，反相
波函数的求解：
上次课内容小结
1. 先求出某点O的振动方程: yO Acos(t )
由初始条件求振幅和初相位：

折射定律描述了光在不同介质中传播时，传播方向发生变化的现象，而惠更斯原 理能够解释这一现象的内在机制。
折射定律在惠更斯原理中的应用
折射定律指出，当光从一种介质进入另一种介质时，传播方 向会发生改变，入射角和折射角满足一定的关系。
在惠更斯原理中，光波在传播过程中遇到不同介质时，会因 为介质对光波的折射率不同而发生绕射和反射等现象，这些 现象可以用折射定律来描述和计算。
2. [文献2]
重点研究了惠更斯原理与折射定律之间的关系，通过实验数据验证了折
射定律的正确性。该文献还讨论了惠更斯原理在光学仪器设计和制造中
的应用。
03
3. [文献3]
从现代物理学的角度出发，重新审视了惠更斯原理的基本假设和推导过
程。该文献对惠更斯原理的现代意义和局限性进行了深入探讨，为进一
步研究提供了新的思路和方向。
折射现象不仅存在于透明介质之间，还存在于其他类型的介质
之间，如气体、液体和固体等。
折射定律的数过实验观察和理论推导，可以得到 折射定律的数学表达式，即入射角和 折射角之间的关系。
折射定律适用于所有类型的介质交界 处，包括气体、液体和固体等，是光 学中非常重要的基本规律之一。
对未来研究的展望
探索新应用
深入研究机理
随着科技的不断发展，惠更斯原理和折射 定律有望在新的领域得到应用，如量子光 学、生物医学光学和纳米光学等。
对于光波传播的机理和光与物质相互作用 的过程，仍有许多未知的领域需要深入研 究，这需要科学家们不断探索和创新。
提高实验精度
跨学科合作
随着实验技术和测量手段的不断进步，有 望进一步提高惠更斯原理和折射定律实验 验证的精度和可靠性。
THANKS
谢谢
惠更斯原理是波动理论中的一种基本 原理，它解释了波的传播和散射现象 ，为研究波的传播和散射提供了重要 的理论基础。

N
N
L
I
D
d
A3
i 2d 3
i
d 3 i
A
B1 B2 B3
时刻 t+△t
3.反射规律：反射波的波长、频率、波 速都跟入射波相同．
4. 应用：测回声
四、波的折射
1 定 义 ： 波从一种介质进入另一种介质时，波的 传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．
2．折射定律： （1）折射角（r）：折射波的波线与两介
用惠更斯原理解释波的反射
在时刻t，波面与图面的交线AA3到达图示的位置，A点 和界面相遇。此后AA3上个点将依次到达界面。
设经过相等的时间此波阵
面与图面的交线依次与分
界面在B1、B2、B3相遇，
而在 t t，A3点到达B3
点。
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
A B1 B2 B3
时刻 t
做出此时刻界面 上各点发出的子 波的包迹。因为 波在同一介质中 传播，速度不变，
质界面法线的夹角r叫做折射角．
（2）折射定律：入射线、法线、折射线在 同一平面内，入射线与折射线分居法线 两侧．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。
sin i v1 sin r v2
提问与解答环节
Questions And Answers
18
17
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal

THE END
第1章 惠更斯原理
每一个面积元S发射的子波在P点相与r 成反比, 与有关( 越大, S
引起的振幅越小), 与位相有关
dS
2
dE P C r K ()cos( t r 0 )
EP

S
C
K( )
r
cos(
t
2
r
0 )dS
第1章 惠更斯原理
·
ut
球面波
t + t
·······t ········
第1章 惠更斯原理
惠更斯的“子波源”理论成功地解决了几何光学中光的反 射、折射定理。但惠更斯原理是很不完备的，只涉及到了光的 传播问题，并未涉及到光强问题，无法对各种衍射图样中的明 暗条纹及其光强分布进行定量分析。
1816年，法国青年物理学家菲涅 耳，注意到惠更斯原理的弱点，受 杨氏双缝干涉的启发，他在保留惠 更斯“子波”概念的基础上，加进 了“子波相干叠加”的概念，提出 了惠更斯---菲涅耳原理。
由于菲涅耳在物理光学研究中的重大成就，被誉为“物理光学的 缔造者”。1823年菲涅耳当选为法国科学院院士，1825年被选为英国 皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世，年仅39岁。
第1章 惠更斯原理
2、惠更斯--菲涅耳原理
惠更斯--菲涅耳原理：媒质中波动到达的各点都可以看作是
发射子波的波源；从同一波阵面上各点发出的子波都是相干波， 它们在空间某点相遇时，将进行相干叠加而产生干涉现象。
大学物理
University Physics
2019/5/4
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1、惠更斯（C.Huygens)原理 惠更斯原理：媒质中波动到达的各点都可以看作是发