惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象

衍射的概念衍射是物理学中的一个重要现象，指的是波在遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和扩散的现象。

它是波动性质的基础，广泛应用于各个领域，包括光学、声学、电磁波等。

首先，我们来讨论光的衍射现象。

当光通过一个宽度接近其波长的狭缝时，波面会扩展并在狭缝后面形成一系列亮暗相间的夫琅禾费衍射图样。

这可以用惠更斯原理来解释，即波动理论的基本原理之一，它认为波传播时每一点都可以看作是一个次波源。

这些次波源发出的波再次相交成为一个新的波面，即新的波前。

当波通过一个狭缝时，每一个狭缝上的每个点都可以看作是次波源。

这些次波源发出的光波再次相交，产生一系列波峰和波谷。

波与波之间的干涉作用使得某些位置的光强增强，而在其他位置则减弱。

这种光强分布就是衍射图样。

衍射图样的具体形状与狭缝的宽度、光的波长以及观察位置的距离等因素有关。

衍射现象也可以通过单缝的曲线衍射图样来观察到。

当光通过一个狭缝时，狭缝的宽度应当与光的波长接近。

在观察屏幕上的图样时，可以看到中央的亮斑，两侧则逐渐减弱。

这是因为狭缝两边的次波源发出的光波会在远离狭缝的位置发生相位差，导致干涉效应，使得中央的亮斑相较较明亮。

衍射不仅发生在光波中，声波也会遵循类似的规律。

当声波通过一个狭缝时，发生的衍射现象称为声衍射。

声衍射可以解释为声波的压缩和稀疏在宽度接近波长的狭缝处发生相位差，产生波的干涉。

与光波的衍射相似，声衍射也会导致一系列亮暗相间的图样。

声衍射广泛应用于扬声器和麦克风设计中，以及音响效果的改善。

电磁波也会发生衍射现象。

当电磁波通过一个狭缝或障碍物时，会出现类似光和声波的衍射图样。

由于电磁波的波长不同，其衍射现象也有所不同。

例如，射电波的波长较长，所以可以通过建筑物等障碍物，发生大范围的衍射。

而微波的波长较短，所以衍射现象相对较小。

衍射现象的研究对于理解波动性质和波动理论的验证具有重要意义。

它不仅帮助我们解释许多现象，还在实际应用中发挥着重要作用。

例如，光学中使用的干涉仪和衍射光栅，以及声学中的声衍射测量等。

惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象什么是“波的衍射”？波的衍射是指在一定环境中，波的传播过程中，由于物体的形状、大小以及空间的设置而导致的波的反射和折射现象。

衍射的原理被英国物理学家威廉惠更斯（William Henry Fox Talbot）在19世纪提出，即“波的衍射现象可以用惠更斯原理来解释”。

惠更斯原理是一种物理原理，它认为波的传播过程中，由于空气的反射和折射，波的衍射现象会发生，这就是惠更斯原理的基本概念。

根据惠更斯原理，当一个可以发出的波被一个物体阻挡时，波会反射、折射和衍射这三种现象，这三种现象都是由波的波长、波的频率等特征决定的。

首先，当一个物体阻挡了发出的波，这个波会反射回去。

这就是折射现象，因为当发出的波穿过物体时，波的频率和波长会发生变化，从而使波发生变化，最终形成反射波。

其次，当发出的波穿过一个物体且与物体表面的角度相差不大时，波会发生折射现象，即波从一个介质向另一个介质的转折。

这是因为当波穿过物体时，波的方向会发生变化，由于介质的不同，波的频率会发生变化，从而导致波发生折射现象。

最后，当发出的波穿过物体或者是遇到两个物体时，波会发生衍射现象。

衍射是指在一定环境中，由于物体的形状、大小而导致的波的反射以及折射现象。

如果在一条两头封闭的弯管中放入一个波，这个波会在管道内形成一个圆环，从而产生衍射现象。

总的来说，惠更斯原理可以用来解释波的衍射，当发出的波在一定环境中穿越物体时，会发生反射、折射和衍射现象，这一切都是由波的波长、波的频率、物体的形状以及大小等特征决定的。

惠更斯原理通过描述波在物体和介质之间的传播过程，使人们理解了波的衍射现象，可以说，这一原理对物理学的发展具有重要性。

随着科技发展，对惠更斯原理的了解也越来越深入。

如今，物理学家们不仅可以用此原理来解释波的衍射现象，而且还可以用它来探究很多其他物理现象，比如微粒衍射、波的干涉和共振等，从而有助于我们更深入地理解物理学。

《惠更斯原理》同步练习基础精练1. 关于惠更斯原理，下列说法正确的是()A．惠更斯原理能够解释所有波的现象B．子波的频率等于初级波的频率C．用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D．同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反E．波在两介质的界面发生反射和折射时，反射波和折射波的频率不发生变化解析：惠更斯原理只能解释波的反射、折射和衍射现象，A错，同理C错；同一波面上的两个位置的质点振动步调完全一致，D错。

答案：BE2. 人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮，是因为()A．室内空气不流动B．室内声音多次反射C．室内声音发生折射D．室内物体会吸收声音解析：人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，其至反射多次，因而显得声音洪亮。

答案：B3. 下列现象哪些是利用波的反射的()A．手扶耳旁听远处的人说话B．医生给病人做超声波检查C．雷达的工作原理D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况解析：手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射；超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射；雷达则是利用了电磁波的反射。

各选项都正确。

答案：ABCD4. 一列波从空气传入水中，保持不变的物理量是()A．波速B．波长C．频率D．振幅解析：波从空气传入水中，介质发生变化，故传播速度v发生变化，A错。

波的频率由波源决定，波在空气中与水中传播时的频率f相同，C对。

由λ＝vf得，波长λ与v及f有关，由空气传入水，v变化，f不变，故λ变化，B错。

波由空气传入水中，由于空气和水各个质点的质量及相互作用情况不同，所以波在空气和水中的振幅不同，D错。

答案：C5. 下列说法正确的是()A．入射波面与法线的夹角为入射角B．入射波面与界面的夹角为入射角C．入射波线与法线的夹角为入射角D．入射角跟折射角相等解析：入射波线与法线的夹角为入射角，A、B错，C对，折射波线与法线的夹角为折射角，由于发生折射时波的传播方向改变，入射角不等于折射角。

12.6 惠更斯原理【自主预习】1．在波的传播过程中，某时刻任何振动状态________的介质质点所组成的圆叫波面，而与波面垂直的那些线代表了波的________________，叫做波线．2．介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的________，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的____________就是新的波面，这就是惠更斯原理．3．利用惠更斯原理可以确定______________________，可以解释波的衍射现象中______________________，不能解释波的________，所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的________的关系．4．波遇到介质界面会____________继续传播的现象叫波的反射现象，机械波发生反射时与光的反射规律类似，即________________________________．波从一种介质射入另一种介质时，波的________________发生改变的现象叫波的折射现象．5．关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )A．同一波面上的各质点振动情况完全相同B．同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直6．下列说法正确的是( )A．入射波面与法线的夹角为入射角B．入射波面与界面的夹角为入射角C．入射波线与法线的夹角为入射角D．入射角跟反射角相等7．对于波的认识，下列说法中正确的是( )A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．隐形飞机的表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．雷雨天雷声轰鸣不绝是波的多次反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象【自主预习】答案：1．相同传播方向2．波源包络面3．波的传播方向波的传播方向强度大小4．返回来反射角等于入射角传播方向5．ACD 6.CD7.ABCD【典型例题】知识点一对波面和波线的理解【例1】下列说法中正确的是( )A．水波是球面波B．声波是球面波C．只有横波才能形成球面波D．只有纵波才能形成球面波【答案】B[该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与是横波还是纵波无关，故C、D不正确，由此可知B正确．由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确．]点评波源发出的波能在三维空间中传播，就能形成球面波，例如地震波．【例2】下列说法中不正确的是( )A ．只有平面波的波面才与波线垂直B ．任何波的波线与波面都相互垂直C ．任何波的波线都表示波的传播方向D ．有些波的波面表示波的传播方向【答案】AD [任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B 、C 正确，选A 、D .]点评 波线代表波的传播方向且波线与波面垂直．知识点二 波的反射、折射现象中各物理量的变化【例3】图1中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图1A ．2与1的波长、频率相等，波速不等B ．2与1的波速、频率相等，波长不等C ．3与1的波速、频率、波长均相等D ．3与1的频率相等，波速、波长均不等【答案】D [波1、2都在介质a 中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A 、B 错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝v f得波长不同，故C 错，D 对．]点评 波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关．波速由介质决定，介质发生变化波速可能发生变化，由v ＝λf 知波长就会发生变化．方法技巧练波的反射的应用技巧【例4】有一辆汽车以15 m /s 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v 声＝340 m /s )【答案】解析 若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图．设汽车由A 到C 路程为x 1，C 点到山崖B 距离为x ；声波由A 到B 再反射到C 路程为x 2，则有x 2＝x 1＋2x ，因汽车与声波运动时间同为t ，则v 声t ＝v 汽t ＋2x所以x ＝v 声－v 汽t 2＝340－15×22m ＝325 m 【例5】某物体发出的声音在空气中的波长为1 m ，波速为340 m /s ，在海水中的波长为4.5 m ，此物体在海面上发出的声音经0.5 s 听到回声，则海水深为________m .【答案】解析 声音在空气和海水中传播时频率是相同的，由v ＝λf 可知v 气v 水＝λ气λ水，则v 水＝340×4.5 m /s ＝1 530 m /s ，海水的深度为h ＝vt 2＝12×1 530×0.5 m ＝382.5 m .方法总结在利用波的反射解决一些问题时，注意波的反射规律与初中学习的光的反射规律类似．【课后练习】1 .对于惠更斯原理的理解正确的是( )A．惠更斯原理能够解释所有的波的现象B．子波的波速与频率等于初级波的波速和频率C．用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D．同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反2. (2013·唐山检测)下列哪些现象不属于反射现象( )A．回声B．夏日雷声轰鸣不绝C．水波绕过水中芦苇秆传播D．在空房中讲话感到声音更响3 .下列说法中正确的是( )A．水波是球面波B．声波是球面波C．只有横波才能形成球面波D．只有纵波才能形成球面波4. 下列说法正确的是( )A．声波的反射遵守与光波反射类似的反射定律B．声波发生折射时，频率、波长、波速均要改变C．声波是纵波D．一个剧院满座时交响乐混响时间比空座时长5. 以下关于波的认识，哪些是正确的( )A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象6 .(2013·潍坊高二检测)对于波的折射现象下列说法正确的是( )A．当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变D．波发生折射时一定不会发生反射现象7 .(2013·济宁高二检测)小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥．学习了波的知识之后，小明和小刚想到了一个测量桥长的方法，一人在铁桥的一端用锤子敲击一下，另一人在铁桥的另一端听传来的声音，结果发现经空气和桥声音传到另一端的时间差为 2 s(声波在空气中传播速度v1＝340 m/s，在钢铁中的传播速率为4 900 m/s)，则桥长大约为( ) A．680 m B．9 800 mC．730.7 m D．无法计算8 .对于波面和波线的说法中正确的是( )A．波面一定是球面(形状)B．波线一定是平行直线C．波线有的时候与波面垂直，有的时候与波面平行D．不同波面上的各点振动周期相同9. 当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为( )A．170 m B．340 m C．425 m D．680 m10 .利用超声波可以探测鱼群的位置，在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，当它向选定的方向发射出频率为5.8×104 Hz的超声波后，经过0.64 s收到从鱼群反射回来的反射波，已知5.8×104 Hz的超声波在水中的波长为2.5 cm，则这群鱼跟渔船的距离为________m.11. 一个观察者在高处用望远镜注视在地上的木工以每秒2次的频率击钉子，他听到声音时恰好看到击锤动作，若观察者距木工680 m，当木工停止击锤后，他还能听到几次击钉声？(声波在空气中的传播速度为340 m/s)图12－6－212 .(2013·临川质检)如图12－6－2所示，一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？参考答案【课后练习】1.【解析】 惠更斯原理不能够解释所有的波的现象，有一定的局限性，A 错．波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，B 对．用惠更斯原理能够解释波的衍射现象，C 错．同一波面上的两个位置的质点振动情况一定相同，D 错．【答案】 B2.【解析】 水波绕过水中芦苇秆传播属于衍射现象．【答案】 C3.【解析】 若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B 正确，C 、D 错误．由于水波不能在三维空间中传播，所以它不是球面波，A 不正确．【答案】 B4.【解析】 声波发生折射时，频率不改变；一个剧院满座时声音在传播过程中经多次反射，能量损失得更快．【答案】 AC5.【解析】 A 、B 、C 选项中应用了波的反射现象；D 选项中应用了波的折射现象，深水区和浅水区可视为不同介质，故波的传播方向发生改变，选项D 正确．【答案】 ABCD6.【解析】 当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线，A 对．当波垂直界面入射时，传播方向尽管不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都改变，但周期、频率不变，B 错，C 对．波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，D 错．【答案】AC7.【解析】 由题意可知：l 340 m/s －l 4 900 m/s ＝2 s ，解得l ＝730.7 m ，C 对．【答案】C 8.【解析】 波面可以是球面(形状)，也可以是平面(形状)，A 错．波线可以是平行直线，如平面波波线，也可以不是平行直线，如球面波波线，B 错．波线总是与波面垂直，C 错．不同波面上的各点振动周期相同，都等于波源的周期，D 对．【答案】 D9.【解析】 右边的声波从发出到反射回来所用时间为t 1＝0.5 s ，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t 2＝2 s ．山谷的宽度s ＝12v (t 1＋t 2)＝12×340×2.5 m ＝425 m ，故C 正确． 【答案】 C10.【解析】 超声波在水中的传播速度为v ＝λ·f ＝2.5×10－2×5.8×104 m/s ＝1.45×103 m/s.所以鱼群到船的距离s ＝12v ·t ＝12×1.45×103×0.64 m ＝464 m.【答案】 46411.【解析】 题中木工击钉子产生的声波属于一种时间短暂的“脉冲波”，如图所示，设脉冲的间距为d ，由于声速是v ＝340 m/s ，木工击钉频率为f ＝2 Hz.所以d ＝λ＝v f ＝3402m ＝170 m ．因此在680 m 距离内有n ＝680170＝4个脉冲间隔，也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声．【答案】 4次12.【解析】 如图所示，设船发出鸣笛声于B 处，旅客听到回声位置在A 处，即3 s 内汽船前进了A 、B 间距离l ，则声波经过2s －l 的距离．v 声t ＝2s －l ＝2s －v 船t ，得s ＝（v 声＋v 船）t 2＝（340＋4）×32m ＝516 m.【答案】 516 m。

第四、五节波的反射、折射和衍射引言：波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波振面形状、波的传播方向等均保持不变。

但是，如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。

在这种情况下，要通过求解波动方程来预言波的行为就比较复杂了。

惠更斯原理提供了一种定性的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。

一、惠更斯原理惠更斯(Christian Huygens，1629—1695) 惠更斯是最著名的物理学家之一。

惠更斯的力学研究成果很多。

1656年制成了第一座机械钟。

1673年推算出了向心力定律。

1678年他完成《光论》，提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。

惠更斯原理可以预料光的衍射现象的存在。

在数学方面：发表过关于计算圆周长、椭圆弧及双曲线的著作。

在天文学方面：研制和改进光学仪器上。

他1665年发现了土星的光环和木星的卫星(木卫六)。

1．前提条件当波在弹性介质中传播时，介质中任一点P 的振动，将直接引起其邻近质点的振动。

就P点引起邻近质点的振动而言，P点和波源并没有本质上的区别，即P点也可以看作新的波源。

例如，水面波传播时，遇到障碍物，当障碍物上小孔的大小与波长相差不多时，就会看到穿过小孔后的波振面是圆弧形的，与原来的波振面无关，就象以小孔为波源产生的波动一样。

2．惠更斯原理——是关于波面传播的理论在总结这类现象的基础上，荷兰物理学家惠更斯于1678年首先提出：介质中任一波面上的各点，都可看成是产生球面子波（或称为次波）的波源；在其后的任一时刻，这些子波的包络面就是新的波面。

3．用惠更斯原理来解释波动的传播方向不论对机械波还是电磁波，也不论波动所经过的介质是均匀的还是非均匀的，是各向同性的还是各向异性的，惠更斯原理都是适用的。

只要知道某一时刻的波面与波速，就可以根据惠更斯原理，用几何作图方法决定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。

光的衍射实验揭示光的衍射现象光的衍射是光通过狭缝或物体边缘时，光波的传播方向发生改变的现象。

光的衍射实验是揭示光的衍射现象的重要方法之一。

本文将介绍光的衍射实验和实验结果，以及对光的衍射现象的解释。

光的衍射实验通常可以通过一条窄缝和一个屏幕进行。

将光源置于窄缝后，光经过窄缝后会形成一个波前，而这个波前会向四周辐射，经过一段距离后到达屏幕上。

实验可以通过观察屏幕上形成的亮暗条纹来研究光的衍射现象。

实验结果表明，当窄缝越窄时，屏幕上的亮暗条纹越清晰。

这是因为窄缝越窄，光越容易发生衍射，波前的形态和干涉产生的亮暗条纹就越明显。

当窄缝足够宽时，屏幕上的亮暗条纹就不再清晰可见。

光的衍射现象可以通过光的波动性来解释。

光的波动性表现为光的传播遵循波动方程，即光在传播过程中会发生波动和干涉。

当光经过窄缝时，窄缝成为新的波源，这个波源会辐射出一系列的次级波源。

这些次级波源会干涉，形成亮暗条纹。

光的衍射现象还可以用惠更斯原理来解释。

惠更斯原理认为，每个波前上的每一点都可以看作是次级波源。

当这些次级波源发出次级波时，次级波相互干涉会形成新的波前。

这个波前的形态决定了光的传播方向和干涉亮暗的分布。

光的衍射实验除了窄缝实验，还可以通过光通过物体边缘的实验来研究光的衍射现象。

当光通过物体边缘时，物体的边缘会成为次级波源，辐射出新的次级波，并形成衍射和干涉现象。

这可以通过观察光通过狭缝或光栅时形成的亮暗条纹来研究。

光的衍射现象在日常生活中有着广泛的应用。

例如，在显微镜中，光的衍射现象使我们能够看到非常小的细胞和组织结构。

在天文学中，光的衍射现象使我们能够观测到天空中的星星和行星。

在光学仪器中，光的衍射现象也是调整镜头和光学元件的重要方法。

总结：光的衍射实验揭示了光的衍射现象，即光在通过窄缝或物体边缘时会发生波动和干涉。

光的衍射现象可以通过观察屏幕上的亮暗条纹来研究。

光的衍射现象可以用光的波动性和惠更斯原理解释。

这个实验结果对于光学研究和应用具有重要意义。