惠更斯原理-反射、折射、衍射.docx

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1、惠更斯原理反射、折射、衍射波前：在同一时刻，波动传播所至的点集合，称为波前（wavefront），如水波的相邻波峰（谷）联机。直线波的波前为直线，点波源在平面上的波前为圆周线，在空间中则为球面。波动行进的方向，恒与波前保持垂直。Huygens子波原理的内容：1.光波波前上的每一点，可看成一个新的次级波源，发出子波；2.下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面；3.波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点的连线方向上。一、惠更斯原理任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面

2、的包络面形成整个波在该时刻的新波面。直线传播规律较好的解释光的反射折射规律成功之处双折射现象定性的解释光的干涉、衍射现象不能解释干涉衍射光的振幅变化不足之处不能解释衍射光强的重新分布波前上的每一点可以视为微小子波的来源，子波并以整体的波速向波之行进方向扩展。下一时刻的波前为与各子波相切的曲面。根据惠更斯原理，若某瞬间波前为PP′曲面，在Δt时间之后，波前的位置为QQ′曲面，波形进行方向与波前垂直。水面产生直线波的瞬间波形，波前AA′及波前BB′上各点到波源的距离都相同。直线前进的平面波，若不遇到任何阻碍，下一时刻的波前形

3、状也会是直线。惠更斯原理对波的传播的解释衍射现象：波传播过程中当遇到障碍物时,能绕过障碍物的边缘而传播的现象。波的折射：菲涅耳对惠更斯原理的改进菲涅耳在惠更斯原理的基础上，补充了描述次波的基本特征——位相和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干叠加”的原理，从而发展成为惠更斯——菲涅耳原理。这个原理的内容表述如下：　　面积元dS所发出的各次波的振幅和位相满足下面四个假设：　　(1)在波动理论中，波面是一个等位相面。因而可以认为dS面上各点所发出的所有次波都有相同的初位相(可令其为零)。　　(2)次波在P点处所引起的振动的振

4、幅与r成反比。这相当于表明次波是球面波。　　(3)从面元dS所发次波在P处的振幅正比于dS的面积,且与倾角θ有关，其中θ为dS的法线N与dS到P点的连线r之间的夹角，即从dS发出的次波到达P点时的振幅随θ的增大而减小(倾斜因数)。(4)次波在P点处的位相，由光程nr决定。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，在其后任意时刻这些子波的包迹就决定新的波阵面（波阵面的概念略，一定弄懂）。如插图，并用声波为例解答如下：UL-m为一纵波从介质M有一定角度入射到介质N中，如介质M和N都是固体，则如图上半部所示

5、，在两介质界面处产生折射,在介质N中产生纵波UL-n和横波US-n；在两介质界面处产反射在介质M中产生反射的纵波UL-m和反射的横波US-m。图下半部分用惠更斯原理解释了折射和反射产生的原理。假设传播速度为：UL-n>US-n>UL-m>US-m。从左下图可见，A-A`和D-D`所经历的时间是相同的，但A-A`之间距离要大于D-D`，所以进入介质N后的UL-n的传播方向是新的波阵面的包络线的法线方向，发生了折射！折射角的变化只和该波在两介质中传播速度的比有关（公式略）。右下是反射的情况，由于反射的纵波和入射纵波都是在M中

6、传播，所以反射角和入射角相等。由于UL-n>US-n>UL-m>US-m，用同样的分析方法，可以得到图中上面完全的折射、反射的纵和横波的传播方向！标量衍射理论光的传播是光学研究的基本问题之一，也是光能够记录、储存、处理和传送信息的基础。