惠更斯原理.ppt

第四节
惠更斯原理
波的反射和折射
惠更斯简介

荷兰物理学家、数学家、天文学家。1629年出生于海牙。1655年获得法学博士学位。
1663年成为伦敦皇家学会的第一位外国会员。克里斯蒂安·惠更斯是与牛顿同一时代的科学家,是历史上最著名的物理学家之一,他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献,在数学和天文学方面也有卓越的成就,是近代自然科学的一位重要开拓者。
引言:
波在均匀介质中传播时,波速、波面形状、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。这些波的现象造成波的变化用波动方程定量描述非常困难,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。
:从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面,叫做波面
例、平面波圆形波球面波
:最前面的波面叫做波前
:从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线叫波线,可表示波的传播方向;波线与波面垂直
: 波面上任一点都是新的振源发出的波叫子波
(前):某时刻各子波波面的公共切面(即包络面)就是该时刻的新波面(前)

原理的依据:
★波动在介质中是逐点传播的
★各质点作与波源完全相同的振动
(1) 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源;
(2) 所有子波源各自向外发出许多子波;
(3) 各个子波所形成的包络面,就是原波面在一定时间内所传
播到的新波前。
二惠更斯原理:
t+t时刻波面
·
·
·
·
·
vt
波传播方向
t 时刻波面
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
t + t
v
t

在各向同性介质中传播
图示:
惠更斯作图法
应用惠更斯原理知某一时刻波前,可用几何方法确定下一时刻波前
三、惠更斯原理的应用

作图步骤:
i
法线
入射波
A
·
·
B
·
C
vt
i
法线
A的子波R= vt

作图步骤:
i
法线
A
·
·
B
·
C
i
法线
A的子波R= v1t
i
反射定律:入射线、反射线、法线在同一平面,入射线与反射线分居法线两侧,反射角等于入射角,反射波的波长、频率和波速都与入射波相同

定律推导:
v2t
媒质1
媒质2
i
法线
B
入射波
A
·
·
E
·
C
v1
v1t
·
·
F
D
v2
折射波传播方向
r