南方医科大学《大学物理》李贞姬-ch11-5-lzj

11 5惠更斯原理 Huygens principle 惠更斯 ChristiaanHuygens 1629 1695 荷兰物理学家 天文学家 数学家 他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱 惠更斯1629年4月14日出生于海牙 父亲是大臣 外交官和诗人 常与科学家往来 惠更斯自幼聪明好学 思想敏捷 多才多艺 13岁时就自制一架车床 并受到当时成名人的笛卡儿的直接指导 父亲曾亲热地叫他为 我的阿基米德 16岁时进莱顿大学攻读法律和数学 两年后转入布雷达大学 1655年获法学博士学位 随即访问巴黎 在那里开始了他重要的科学生涯 1663年访问英国 并成为刚建不久的皇家学会会员 1666年 应路易十四邀请任刚建立的法国科学院院士 惠更斯体弱多病 全身心献给科学事业 终生未婚 1695年7月8日逝于海牙 知某一时刻波前 可用几何方法决定下一时刻波前 给出波在空间逐次传播的图像 讨论 11 5惠更斯原理 Huygens principle 一 惠更斯原理 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源 点波源 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 2 所有子波源各自向外发出许多子波 次级波 我们知道 波在均匀各向同性介质中传播时 波面及波前的形状不变 波线也保持为直线 沿途不会改变波的传播方向 例如波在水面上传播时 只要沿途不遇到什么障碍物 波前的形状总是相似的 圆圈形的波前始终是圆圈 直线形的波前始终保持直线 也就是说 波沿直线传播 可是 当波在传播过程中遇到障碍物时 或当波从一种介质传播到另一种介质时 波面的形状和波的传播方向 即波线方向 将发生改变 例如水波可以通过障碍物的小孔 在小孔后面出现圆形的波 原来的波前 波面都将改变 就好像是以小孔为新的波源一样 它所发射出去的波叫子波 从这种观点出发 惠更斯得出一条原理 称为惠更斯原理 惠更斯原理内容如下 介质中 波传到的各点不论在同一波前或不同波前上 都可看作是发射子波的波源 在任一时刻这些子波的包迹就是该时刻的波前 利用惠更斯原理可以由已知的波前通过几何作图方法确定下一时刻的波前 从而确定波的传播方向 例如当波在均匀的各向同性介质中传播时 用上述作图法求出的波前的几何形状总是保持不变的 用惠更斯原理求球面波的波前用惠更斯原理求平面波的波前 应该指出 惠更斯原理很好地解释了波的传播方向问题 但却没有给出子波强度的分布 后来菲涅耳对惠更斯原理做了重要补充 解决了波的强度分布问题 这就是在光学中有重要应用的惠更斯 菲涅耳原理 t时刻波面 t t时刻波面 波的传播方向 R1 R2 S1 S2 O 2 亦适用于电磁波 非均匀和各向异性媒质 3 解释衍射 wavediffraction 反射 折射 reflection refraction 现象 4 不足之处 不能说明子波为何不能倒退 未涉及振幅 相位等的分布规律 未涉及波在传播过程中的强度问题 因而对某些波动现象 如干涉等 不能说明 二 波的衍射 wavediffraction 1 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 偏离了直线传播 2 作图可用惠更斯原理作图 比较两图 利用惠更斯原理定