2021-2022学年高二物理竞赛课件：惠更斯-菲涅耳原理

1、惠更斯-菲涅耳原理和衍射现象分类12惠更斯-菲涅耳原理和衍射现象分类 一、惠更斯-菲涅耳原理 菲涅耳(A.J.fresnel, 1788-1827)提出，同一波前上各点都可以认为是发射球面子波的波源，空间任一点的光振动是所有这些子波在该点的相干叠加。这就是惠更斯-菲涅耳原理。 惠更斯-菲涅耳原理是波动光学的基本原理，是分析和处理衍射问题的理论基础。 3 菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel 1788-1827）法国土木工程师，物理学家，波动光学的奠基人之一。1788年5月10日生于布罗利耶，1806年毕业于巴黎工艺学院，1809年又毕业于巴黎桥梁与公路学校。1823年当选为法国科

2、学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世，终年仅39岁。 菲涅耳的科学成就主要有两个方面。一是衍射。他的实验具有很强的直观性、明锐性，很多现仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：双面镜干涉、波带片、菲涅耳透镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振。 菲涅耳由于在物理光学研究中的重大成就，被誉为“物理光学的缔造者”。 4据此，面元 d 发出的子波在P点所产生光振动的复振幅为图所示的波前上任一面元d 发出的子波在空间一点P所产生光振动的复振幅 应该正比于此面元的面积d，正比于面元所在点Q的复振幅 ，而反比于面元到点P的距离r，并且与点P对面元的倾角q有关。

3、另外，d 发出的子波到达点P的相位取决于面元d 到点P的距离r .5由基尔霍夫平面屏衍射理论得到所以有此公式称为菲涅耳基尔霍夫衍射积分公式。 整个波前在P点光振动的复振幅为 （菲涅耳衍射积分公式） 6二、衍射现象的分类 在实验室里为了观察衍射现象，总是由光源、衍射屏和接收衍射图样的屏幕(称为接收屏)组成一个衍射系统。 通常根据衍射系统中三者的相互距离的大小，将衍射现象分为两类，一类称为菲涅耳衍射，另一类称为夫琅禾（和）费衍射。7夫琅禾费衍射: 夫琅禾费衍射，就是当光源到衍射屏的距离和接收屏到衍射屏的距离都是无限大时，所发生的衍射现象。 光源障碍物接收屏光源障碍物接收屏菲涅耳衍射 光源到衍射屏的

4、距离或接收屏到衍射屏的距离不是无限大时，或两者都不是无限大时所发生的衍射现象。 8菲 涅 耳 衍 射缝光源、屏与缝相距有限远夫 琅 禾 费 衍 射光源、屏与缝相距无限远缝9 不难看出（1）在菲涅耳衍射中，入射光或衍射光不是平行光，或两者都不是平行光。 （2）在夫琅禾费衍射中入射光和衍射到接收屏上任意一点的光都是平行光 。在实验中实现夫琅禾费衍射10 夫琅和费（Fraunhofer, Joseph von）德国物理学家光学技师。1787年3月6晶生于巴伐利亚的施特劳宾；父亲是玻璃工匠，夫琅和费幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年开始在光学作坊当光学机工，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。夫琅和费自学成才，一生勤奋刻苦，终身未婚，1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世。 物理学家简介11例 : 在杨氏实验中双缝的间距为0.20 mm，光屏与狭缝的距离为50 cm, 测得光屏上相邻亮条纹的间距为1.5 mm。求光波的波长。 解: 由式得12 S2未 遮盖时，中央亮纹在x = 0处，遮后光程差为 = (nh+r2h)r1 =