惠更斯菲涅耳原理详解

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,波动,(bdng),光学,光的干涉,第一页，共二十八页。,光是电磁波,麦克斯韦,(mi k s wi),电磁场理论,第二页，共二十八页。,X,射线,是波长介于紫外线和,射线间的电磁辐射。,X,射线是一种波长很短的电磁波，其波长约介于,0.01100,埃,（,10,的负,10,次方米，纳米的十分之一）之间。由德国物理学家,W.K.,伦琴,(lnqn),于,1895,年发现，故又称,伦琴射线,。,伦琴射线,具有很高的穿透本领,，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光、使照相底片感光以及空气电离等效应。波长越短的,X,射线能量越大，叫做,硬,X,射线,，波长长的,X,射线能量较低，称为,软,X,射线,。,波长小于,0.1,埃的称超硬,X,射线，在,0.1,1,埃范围内的称硬,X,射线，,1,100,埃范围内的称软,X,射线。,第三页，共二十八页。,X,射线用来,(yn li),帮助人们进行医学诊断和治疗；用于工业上的非破坏性材料的检查。,x,射线管道爬行,(pxng),器,管道焊缝,(hn fn),x,射线检测设备,x,射线便携式合金材料鉴别,x,射线检测压力容器,第四页，共二十八页。,光速,(un s),真空,(zhnkng),中的光速,一、光波,(gungb),的描述,如光波为简谐波，该如何用数学语言描述呢？波函数是怎样的？,第五页，共二十八页。,振动,(zhndng),取决于位相，所以振动,(zhndng),的传播就是位相的传播,波的位相，与时间和空间,(kngjin),相关,第六页，共二十八页。,（,1,）,平面波,：波面是平面,(pngmin),（,a,）振幅为常数,（,b,）空间,(kngjin),位相为直角坐标的线性函数,第七页，共二十八页。,（,2,）球面,(qimin),波：波面是球面,(qimin),振幅,(zhnf),空间,(kngjin),位相,（发散球面波）,（汇聚球面波）,第八页，共二十八页。,（,3,）光波的复振幅,(zhnf),描述,由于可以用复指数的实部或虚部表示余弦或正弦函数，所以可以用复数来描述光波,(gungb),的振动,指数,(zhsh),取正号,第九页，共二十八页。,复振幅包含了振幅和位相，直接表示了定态光波,(gungb),在空间,P,点的振动，或者说复振幅表示了波在空间的分布情况。所以，凡是需要用振动描述的地方，都可以用复振幅代表。,（波前函数）,光波,(gungb),场在,P,点的强度,第十页，共二十八页。,二、惠更斯,菲涅耳原,理,理,(yunl),1,、惠更斯原,理,理,(yunl),波在各向同性的,均,均匀介质中,传,传播时，波速、波振,面,面形状、波,的,的传播方向,等均保持不变,。,但是，如果,(rgu,),波在传播过,程,程中,遇到障碍物,或,或传到不同,介,介质,的界面时，,则,则,波速、波振,面,面形状、以,及,及波的传播,方,方向,等都,要发生变化,，产生,反射、折射,、,、衍射、散,射,射,等现象。,通过求解波,动,动方程来预,言,言波的行为,就,就比较复杂,了,了。,惠更斯原理提供了一种,定,定性的几何,作,作图方法，,在,在很广泛的,范,范围内,解决了波的,传,传播方向,等问题。,第十一页，,共,共二十八页,。,。,1,、惠更斯原,理,理,(yunl),介质,(jizh),中波动传播,到,到的各点都,可,可以看作是,发,发射子波的,波,波源，而在,其,其后的任意,时,时刻，这些,子,子波的包络,就,就是新的波,前,前,（波阵面）,.,第十二页，,共,共二十八页,。,。,球面波,波源,.,.,.,.,.,.,.,.,平面波,.,.,.,.,.,传播方向,t,+,t,波面,t,波面,传播方向,t,波面,t,+,t,波面,u,t,u,t,第十三页，,共,共二十八页,。,。,1,、解释,(jish),衍射成因；,（,（,flash,动画）,2,、推导反射,、,、折射,(zhsh),定律,入射波的波面,反射波的波面,入射波的波线,反射波的波线,波的反射定,律,律：当波,传,传到两种介,质,质交界面发,生,生反射时,（,1,）入射线、,法,法线、反射,线,线在同一平,面,面内；,（,2,）入射线与,反,反射线分居,法,法线两侧；,（,3,）反射角等,于,于入射角；,（,4,）反射波的,波,波长、频率,(pnl,),、波速与入,射,射波相同。,第十四页，,共,共二十八页,。,。,折射,(zhsh),现象,：,波在传播过,程,程中，从一,种,种介质进入,另,另一种介质,时,时，波的传,播,播方向发生,(fsh,ng),偏折的现象,。,。,发生折射,(zhsh),的原因,：,不同介质中,波,波的传播速,度,度不同。,C,A,i,i,B,D,r,r,入射波的波面,折射波的波面,第十五页，,共,共二十八页,。,。,折射,(zhsh),定律,：,（,1,）入射线、,法,法线、折射,线,线在同一平,面,面内；,（,2,）入射线与,折,折射线分居,(fnj),法线两侧；,（,3,）入射角正,弦,弦与折射角,正,正弦之比等,于,于,(dngy),波在第一种,介,介质中传播,速,速度与在第,二,二种介质中,传,传播速度之,比,比。,（,4,）在折射,中,中，,频率不变，波速和,波,波长都会,发,发生改变,。,。,只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率,n,21,表示。,介质的折,射,射率：,第十六页,，,，共二十,八,八页。,不足：不,能,能定量说,明,明衍射波,的,的强度,(qingd),分布！,原理,(yunl),的依据：,波动在介,质,质,(jizh),中是,逐点,传播的,各质点作,与,与波源完,全,全相同的,振,振动,说明,.,可解释衍,射,射现象及,反,反射和折,射,射现象。,（,（解释传,播,播方向）,.,该原理对,非,非均匀媒,质,质也成立,，只是波,前,前的形状,和,和传播方,向可能发,生,生变化。,(1),行进中的,波,波面上任,意,意一点都,可,可看作是,新,新的子波,源,源；,(2),所有子波,源,源各自向,外,外发出许,多,多子波；,(3),各个子波,所,所形成的,包,包络面，,就,就是原波,面,面在一定,时,时间内所,传,传,播到的新,波,波面。,惠更斯原,理,理,：,第十七页,，,，共二十,八,八页。,2,、菲涅耳,原,原理,(yunl),（波的叠,加,加原理,(yunl),）,第十八页,，,，共二十,八,八页。,2.,叠加原理,(yunl),（菲涅耳,原,原理,(yunl),）,在波相遇,区,区域内，,任,任一质点,的,的振动，,为,为,各波单独,存,存在时,在该点引,起,起的,振动的合,成,成,(hchng),。,（,可确定合,振,振动的强,度,度,）,1.,波传播,(chu,nb),的独立性,当几列波,在,在传播过,程,程中在某,一,一区域相,遇,遇后再行,分,分开，各,波,波的传播,情,情况与未,相,相遇一样,，,，仍保持,它,它们各自,的,的频率、,波,波长、振,动,动方向等,特,特性继续,沿,沿原来的,传,传播方向,前,前进。,注意,:,1,、真空中,光,光的独立,传,传播原理,是,是普遍存,在,在的；,2,、波的叠,加,加原理仅,适,适用于波,的,的强度较,小,小时（数,学,学上表示,为,为波动方,程,程是线性,的,的，即线,性,性波的问,题,题）,第十九页,，,，共二十,八,八页。,利用波的,叠,叠加原理,解,解释,(jish),驻波现象：,1,、驻波,(zhb),的产生,振幅、频,率,率、传播,速,速度都相,同,同的两列,相,相干波，,在,在,同一直线,上,上沿相反,方向,(fngxing),传播时叠,加,加而形成,的,的一种特,殊,殊,的干涉现,象,象,.,第二十页,，,，共二十,八,八页。,驻 波,的,的 形,成,成,第二十一,页,页，共二,十,十八页。,驻波的振幅与位置有关,2,、驻波,(zhb),方程,正向,负向,各质点都在作同频率的简谐运动,第二十二,页,页，共二,十,十八页。,驻波方程,讨论,1,0,波腹,波节,相邻,波腹（节）,间距,相邻波,腹,和波,节,间距,1,）,振幅 随,x,而异，与时间无关,.,第二十三,页,页，共二,十,十八页。,2,）,相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节两侧振动相位相反，在波节处产生 的相位跃变,.,（与行波不同，无相位的传播）,.,为,波节,例,第二十四,页,页，共二,十,十八页。,3,、驻波,(zhb),的应用：,管,管弦乐器,声音,(shngyn),的三个特,征,征：响度,振动的能,量,量，由振,幅,幅决定；,音调,由乐器振,动,动的基频,决,决定；,音色,由乐器的,高,高次谐频,决,决定。,1,）钢琴,(gngqn),、吉他、,小,小提琴、,二,二胡等弦,乐,乐器：,琴弦的两,端,端固定：,两端点必,须,须是波节,弦长必为,半,半波长的,整,整数倍,第二十五,页,页，共二,十,十八页。,第二十六,页,页，共二,十,十八页。,2,）笛子,(dzi),、喇叭等,管,管乐器：,利,利用空气,的,的驻波发,声,声,一端开口,(kiku),或者两端,开,开口,(kiku),：封闭端点,是,是波节,第二十七,页,页，共二,十,十八页。,内容,(nirng),总结,波动光学,光的,干,干涉。波,动,动光学,光的干,涉,涉。光是,电,电磁波,麦克斯,韦,韦电磁场,理,理论。这,种,种肉眼,(ruyn),看不见的,射,射线可以,使,使很多固,体,体材料发,生,生可见的,荧,荧光、使,照,照相底片,感,感光以及,空,空气电离,等,等效应。,不,不同介质,中,中波的传,播,播速度不,同,同。.可解释,衍,衍射现象,及,及反射和,折,折射现象,。,。2、菲,涅,涅耳原理,（,（波的叠,加,加原理）,。,。2.,叠,叠加原理,（,（菲涅耳,原,原理）。,音,音调,由,由乐器振,动,动的基频,决,决定。音,色,色由,乐,乐器的高,次,次谐频决,定,定。琴弦,的,的两端固,定,定：两端,点,点必须是,波,波节,第,二,二,十,十,八,八,页,页,，,，,共,共,二,二,十,十,八,八,页,页,。,。,