6-4 惠更斯原理和波的应用

1、介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前. 这就是惠更斯原理.,一 惠更斯原理,根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面就可以用几何做图法确定下一时刻的波阵面。因此这一原理又就惠更斯作图法，它在很大程度上解决了波的传播方向问题。,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.,波的衍射,波在传播过程中，遇到障碍物时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播。,利用惠更斯原理可解释波的衍射。,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。,此时波阵面不再

2、是平面，在靠近边缘处，波阵面进入了阴影区域，表示波已绕过障碍物的边缘处，波阵面进入了阴影区域，表示波已绕过障碍物的边缘传播。,克里斯蒂安惠更斯 惠更斯： (ChristianHaygen，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（Christian Huygens 1629-1695）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。,二 波的干涉,几列波相遇

3、之后， 仍然保持它们各自原有的特征（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到过其他波一样.,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.,1 波的叠加,声波的叠加,一般而言，波的叠加较复杂,波的独立性原理,绳波,水波,光波,细雨绵绵独立传播,频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两列波相遇时，使某些地方振动始终加强，而使另一些地方振动始终减弱的现象，称为波的干涉现象.,2 波的干涉,水 波 的 干 涉 现 象,波的相干条件,点P 的两个分振动,常量,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.

4、,波程差,若 则,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 恰为波谷.设波速为10m/s，试写出由A、B发出的两列波传到点P 时干涉的结果.,解,设 A 的相位较 B 超前，则 .,点P 合振幅,三 波的应用（简介）,音响技术：音乐的空间感、环绕感，音乐厅设计. 声纳技术: 水中目标的探测、跟踪、通讯、导航等. 超声技术: 超声诊断、无创治疗. 通信技术: 卫星通信、光纤通信、网络世界.,1. 驻波,振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象.,驻 波 的 形 成,

5、在弹性介质中传播的机械纵波，一般统称为声波.,可闻声波 20 20000 Hz 次声波 低于20 Hz 超声波 高于20000 Hz,声强：声波的能流密度.,2. 声强级 超声波和次声波,贝尔（B）,声强级：人们规定声强 （即相当于频率为 1000 Hz 的声波能引起听觉的最弱的声强）为测定声强的标准. 如某声波的声强为 I ， 则比值 的对数，叫做相应于 I 的声强级 LI .,声强：声波的能流密度.,分贝（ dB ）,能够引起人们听觉的声强范围：,几种声音近似的声强、声强级和响度,超声波在科学研究和生产上的应用,声纳探测器: 船只上的发射器先向海底发射超声波，然后通过仪器接收和分析反射回来

6、的讯息，从而得到整个海床的面貌.,B超: 因为不同身体构造反射是不同的，所以高频率声音 ( 超声波 ）可用来作医学成像. 越短的波长，得到的解像度就越高.,2. 在加工处理和医学治疗中的应用,超声波在液体中会引起空化作用, 它可用于捣碎药物制成各种药剂, 食品工业上用于制作调味剂, 建筑业上用于制作水泥乳烛液.,超声波可以用来弄碎肾石, 消毒食物，因为高速的振动会令细菌难以抵抗. 超声波亦可以用来清除眼镜或饰物的污垢.,多普勒超声波扫描术: 利用多普勒效应, 反射超声波物体的运动会改变回声的频率,可测量速度.,利用超声波的多普勒效应体检,超声多普勒效应测血流速,胎儿的超声波影象（假彩色）,警察用多普勒测速仪测速,3. 超声电子学,利用超声元件代替电子元件制作在 内的延迟线, 振荡器, 谐振器, 带通滤波器等仪器, 可广泛用于电视、通讯、雷达等方面.,次声（ ）：在火山爆发、地震、陨石落地、大气湍流、雷暴、磁暴等自然活动