第四节波的反射折射和衍射教案.doc

学****必备 欢迎下载
: .
第四、五节
和衍射
波的反射、折射
，1629—1695)
《光论》，提出了光的波动
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
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- 座机械钟。1673年推算出了 向心力定律。1678年他完成 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）。
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。
根据惠更斯原理，应用几何作图方法，由已 知的某一时刻波阵面，可以确定下一时刻的波阵 面，从而确定波的传播方向。应用惠更斯原理可 以解释波的折射、反射和衍射等现象。
例如
（1） 点波源0发出的球面波
（2） 平面波
惠更斯原理对任何波动过程都是适用的。 只要
知道某一时刻的波阵面，就可根据这一原理用几 何方法来决定任一时刻的波阵面，因而在很广泛 的范围内解决了波的传播问题。但惠更斯原理不 能说明波的强度分布。
、波的反射与折射
1 •什么是波的反射现象和折射现象?
学****必备 欢迎下载
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 •惠更斯原理一一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
当波传播到两种 介质分界面时，一部 分波从分界面上返 回，形成反射波，另 一部分进入另一介 质，形成折射波，这 就是波的反射现象和 折射现象。
2 .波的反射定律
—反射线、入射线和法线在同一平面内;
—反射角等于入射角。
3 •波的折射定律
—折射线、入射线和法线在同一