高二物理惠更斯原理课件1.ppt

第四节,惠更斯原理 波的衍射和干涉,克里斯蒂安惠更斯 惠更斯： (Christian Huygens， 16291695) 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。,一.惠更斯原理,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。,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,说明, .知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；,. 该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方 向可能发生变化。,(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 播到的新波面。,惠更斯原理：,球面波,.,.,.,.,.,.,.,.,平面波,.,.,.,.,t + t 波面,t 波面,t 波面,t + t 波面,ut,ut,二.波的衍射,现象,波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.,解释,波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。,当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。,衍射现象是波动特征之一。,水波通过狭缝后的衍射图象。, 如你家在大山后,听广播和看电视哪个更容易?,(若广播台、电视台都在山前侧),当同一质元同时参与两个或两个以上的振动时，该质点的振动是所有分振动的合振动。当介质中有两列或两列以上的波动时，介质中任一质元运动情况如何？,当介质中有两列或两列以上的波动时，介质中任一质元也将同时参与两个或两个以上的振动。现在讨论其规律，也就是波的合成。,前言,三.波的干涉,1.波的独立作用原理几列波在传播时，无论是否相遇，都将保持各自原有特性（频率、波长、振幅、振动方向）不变，互不干扰地各自独立传播。,2. 波的叠加原理在相遇区域内任一点的振动,为各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。,(一)波的叠加原理,1、干涉现象两列波相遇区域内振动在空间上出 现稳定的周期性的强弱分布的现象。,1) 频率相同；,2) 振动方向相同；,3) 同相或相位差恒定。,满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相干波源。,2、相干波条件,(二)波的干涉现象,加强,减弱,3、干涉条纹出现的条件,设 产生简谐波的两波源S1、S2的振动方程为：,两列波在波场中P 点引起的振动为：,由简谐振动的合成规律：P 点的振动仍为简谐振动。,其振幅和初相位为：,两列相干波在空间叠加时，对于空间不同的点，合振动的振幅A不同，并且A不随时间变化， 合振幅形成稳定的分布。有些点处振动始终被加强（相长干涉）、有些点处始终被减弱（相消干涉），得到稳定的干涉图样，称为干涉现象。,定值,1 ) 合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分布随位置而变，但是稳定的.,其他,振动始终加强,振动始终减弱,波程差,若 则,其他,两波源的振动的振幅相近或相等时干涉现象明显.,例 如图所示，A、B 两点为同一介质中两相干波源.其振幅皆为5cm，频率皆为100Hz，但当点 A 为波峰时，点B 适为波谷.设波速为10m/s，试写出由A