104 惠更斯原理
惠更斯原理
3平面波与球面波
平
球
面
面
波
波
ut
R1
O
R2
二 波的反射
1 定义：
波在传播的过程，遇到两种介质的分界时返回到原介质 继续传播的现象。
2用惠更斯原理解释波的反射
问题：如何证明：i ′= i
证明： i ′= i
一 、惠更斯原理
（一）几个概念：
1.波面
从波源发出的波经过同一传播时 间而到达的各点所组成的面。
2.波前
最前面的波面。
平面波
3波线
从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线， 表示波动的传播方向。
1690年 荷兰物理学家 惠更斯
（二）惠更斯原理（惠更斯作图法）
1内容：介意时刻，这些子波在波 前进方向的包络面就是新的波面。
3 波的反射定律 4 波的反射中，波的频率、波长和波速都保持不变。
三 波的折射
1 定义：
波在传播的过程，从一种介质进入到另一种介质中时， 波的传播方向发射偏折的现象，叫做波的折射。 2 原因：
不同介质中波的速度不同。
3惠更斯原理解释波的折射
i
A
i
u2Δ t
r
D
C u1Δ t
rB
定量关系：
CB
sin i sin r
=
AB AD
AB
=
v 1Δ t v 2Δ t
=
v1 v2
4 波的折射规律： 5介质的折射率：
s in i v1
s in r
v2
n12
v1/v2为第二种介质相对第一种介质的折射率。
惠更斯原理公式
惠更斯原理公式惠更斯原理是物理学中一个非常重要的概念，它对于理解波的传播有着关键的作用。
咱先来说说啥是惠更斯原理。
简单来讲，就是波面上的每一个点都可以看作是一个新的波源，这些新波源发出的子波在后续时刻形成了新的波面。
就拿水面上的涟漪来说吧，当你往平静的水面扔一块石头，石头入水的那一点就产生了水波。
这时候，水波向外扩散，波面上的每一个点都像是一个小小的“发射器”，不断地往外发射新的小波。
这些小波相互叠加，就形成了我们看到的一圈圈不断扩大的水波。
咱们再来看惠更斯原理的公式。
它虽然不像“1+1=2”那么简单直观，但也不是什么让人摸不着头脑的“怪物”。
比如说，在研究光的折射和反射的时候，惠更斯原理就能大显身手。
光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象。
这时候，我们就可以用惠更斯原理来解释为什么光会改变传播方向。
还记得我上高中的时候，物理老师在课堂上给我们做了一个实验。
他用一束激光穿过玻璃砖，让我们观察光的折射路径。
然后，他就开始用惠更斯原理给我们讲解，边讲边在黑板上画图，那认真劲儿，就好像他不是在教我们知识，而是在雕琢一件艺术品。
当时我就觉得，这物理世界可真神奇，一个小小的原理就能解释这么多奇妙的现象。
惠更斯原理在声学中也有很大的用处。
比如在一个大教室里，老师在讲台上讲话，声音是怎么传到教室每个角落的呢？这时候惠更斯原理就能告诉我们，声音以波的形式传播，每一个声波的“点”都在不断产生新的“小波”，从而让声音充满整个空间。
在实际生活中，惠更斯原理的应用可多了去了。
像雷达的工作原理，就是利用了电磁波的传播特性，而这背后，惠更斯原理也发挥着重要的作用。
还有地震波的监测，通过对地震波传播的研究，科学家们可以更好地了解地球内部的结构。
总之，惠更斯原理虽然看起来有点复杂，但只要我们用心去理解，多结合实际的例子去思考，就能发现它其实就在我们身边，帮助我们解释和理解许多奇妙的现象。
不管是在学习物理的过程中，还是在日常生活里，多留意身边的这些“物理小秘密”，你会发现，这个世界真的充满了无尽的神奇和乐趣。
高三物理惠更斯原理PPT优秀课件
2、折射角（r）：
折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做
折射角
法线
i
介质I
介质II
界面
r
3、折射定律：入射线、法线、折射线在同一平 面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角 的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介 质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：
sini v1 sinr v2
由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点
三、波的反射 1、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现 象叫做波的反射．
2、入射角（i）和反射角（i’）：入射波的
波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波 的波线与平面法线的夹角i’ 叫做反射角．
3．反射规律
入射线、法线、反射线在同一平面内， 入射线与反射线分居法线两侧，反射角等 于入射角。
注意：
经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A 点的到达C点，
sini BD v1t AD AD
sinr AC v2t AD AD
sini v1 证毕 sinr v2
i
Bv1t
Ai
v2t r D
C
r
折射率：
由于一定的介质中的波速是一定的，所以 Ｖ１／Ｖ２是一个只与两种介质的性质有关而与 入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一 种介质的折射率．
• 波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的 质点所构成的面叫做波面．
• 波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面 垂直的线叫做波线．
二、惠更斯原理
介质中任一波面上的 各点， 都可以看做发 射子波的波源。其后 任意时刻，这些子波 在波前进方向的包络 面就是新的波面。这 就是惠更斯原理。
荷兰物理学家 惠更斯
演讲人: XXX
惠更斯原理名词解释
惠更斯原理名词解释惠更斯原理名词解释：一、惠更斯原理的提出，改变了人们对法拉第学说的一般看法。
他把从麦克斯韦学说中推论出的电磁感应规律和由此建立的法拉第电磁感应定律用相似的形式表达出来，而这个关系就是“惠更斯原理”。
二、惠更斯原理内容：1、如果在激发电场和磁场时能使这些线圈顺序排列起来，并在通电螺线管两端形成足够强的磁场，那么通过这些线圈的感应电流将产生显著的增加，其值等于电场和磁场的总强度的三倍。
这里所谓的“足够强”的磁场，是指它能够吸引带电粒子并使它们很容易地朝同一方向聚集起来。
2、惠更斯根据电磁感应现象的实验规律，建立了电动机的基本定律。
这个定律可以完全适用于包含有线圈的任何电路中。
惠更斯指出，当通电导体回路中的磁场增强到某一程度时，便会沿着电流的方向产生电动势。
如果外电路是一个闭合回路，这一电动势就是一种电源。
因此电动机正是根据这一关系制造出来的。
2、惠更斯认为只有大量观测到的运动才能加以精确的数学描述。
因此，他又进一步用一个新公式把在一系列恒定电场下所观察到的运动描绘成一条直线。
惠更斯也知道，所观察到的现象虽然是连续的，但他还是希望能得到一种无限制的自然定律。
惠更斯原理是惠更斯于1819年建议并以荷兰物理学家约翰内斯·洛吉斯·惠更斯的姓氏命名的。
一百多年来，科学家对惠更斯原理的不断探索给我们留下了大量珍贵资料。
惠更斯原理给予后人许多重要启示，如今仍在指导我们进行科研活动。
3、法拉第用实验的方法证明了电磁感应定律。
这种思想最早由英国的开尔文提出。
19世纪60年代后期，法拉第用大量精密的实验进行了细致的分析，终于完成了《电学实验研究》一书。
该书证明了麦克斯韦的电磁场理论具有惊人的正确性。
1831年，法拉第用磁力实验成功地解释了电磁感应现象。
1865年，法拉第与麦克斯韦共同发表了论文《论磁与电》，从而创立了电磁场理论。
法拉第对电磁学作出了伟大贡献，被后人誉为“电学之父”。
惠更斯原理
3.解释反射定律、折射定律：
解释反射定律
E F
r ut
A
B
2 r ut 3
1C r u t 3
D
i
i
O
A
B
i
O’
OAO OBO
AOO BOO
i AOO 90 i BOO 90
i i
解释折射定律：
在OAห้องสมุดไป่ตู้中
*平面波的波动方程 x2 2 设有： y A cos (t1 )y 或 y
x y y t A cos (y ) 2 u 2 u 2x u 2 2 2 y x Ax sin u (tt ) t t u 2 y x 2 2 A cos (t ) y 2 t u y x A( ) sin (t ) x u u 2 2 2 y x A 2 cos (t ) 2 y 2 x u u u
惠更斯原理（Huygen’s Principle）
一、惠更斯原理的表述
媒质中波动到达的各点都 可看作发射同频率的子波 波源，在其后一时刻的波 阵面，由这些子波波面的 包迹决定。
新的波阵面
二、对现象的解释
1.从某时刻的波阵面得到下一时刻的波阵面 球面波 平面波 t 时 刻 的 波 阵 面
t t
2
E 1 2 E ( ) 2 2 t 0 0 x
2 2
H 1 2 H ( ) 2 2 t 0 0 x
2 2
A
i
i
O
O’
在OBO中
OA sin i OO
B
OA u1t OB u2 t
惠更斯原理的名词解释
惠更斯原理的名词解释惠更斯原理，是指法国科学家惠更斯在17世纪末提出的一种光学原理。
该原理阐述了光的传播以及光的反射和折射规律，对光学研究产生了重要的影响。
本文将对惠更斯原理进行详细的解释。
一、光的传播惠更斯原理首先讨论了光的传播方式。
根据该原理，光波在介质中传播时沿直线传播，并且沿着传播路径传播的每一点都可以看作是一个次波源。
这意味着光在传播时可以被视为一系列波前面，每个波前面上的每一点都是光波的起始点。
这种解释使得我们能够更好地理解光的传播特性以及衍射和干涉等现象。
二、光的反射惠更斯原理还涉及了光的反射规律。
根据原理，当光波射到一个光滑的界面上时，光波会沿着射线方向经过反射。
更具体地说，光线沿着入射角和反射角相等的路径反射。
这种规律在镜面反射中得到了充分的应用。
例如，当我们站在镜子前面时，我们能够看到自己的倒影，这是因为光线从我们的身体反射回到我们的眼睛，让我们感知到镜中的图像。
三、光的折射此外，惠更斯原理还包括了光的折射规律。
当光波由一种介质传播到另一种介质时，光波在通过界面时会发生折射。
根据原理，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足较为简洁的关系——即著名的斯涅尔定律。
这个定律表明，入射角与反射角的正弦比等于两种介质折射率的比值。
斯涅尔定律对于解释光在透明介质中传播的方向和特性非常有帮助。
根据斯涅尔定律，我们可以理解为什么在观看鱼在水中时，它们的位置似乎更高。
这是因为光从水中传播到空气中时会发生折射，导致我们看到的图像位置发生偏移。
四、应用领域除了以上介绍的基本规律，惠更斯原理也在很多应用领域产生了重要的影响。
其中一个典型的应用是光的干涉现象。
当两束光波相交时，它们会发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这一现象在光学测量和实验中常常被应用。
另一个典型的应用是光的衍射现象。
当光通过狭缝或物体边缘时，它们会发生衍射，形成类似波纹的干涉图案。
衍射也是现代光学中的一个重要方面，对于解释光的传播和波动性质非常重要。
简述惠更斯原理
简述惠更斯原理惠更斯原理，也叫“光的直线传播”原理，这一原理说明了光是沿直线传播的，从而否定了哥白尼的日心说。
【概念解释】惠更斯原理说明光从空气斜射入水中，在同样深度上，它的传播速度比垂直射入水中的光速还大。
【实验过程】实验材料：透明玻璃管、长蜡烛、有色玻璃片、一个平面镜。
实验现象：光线被反射回来，呈现出比在空气中斜射时稍微靠右一点的光束；透过有色玻璃看到光线在玻璃中是偏折的；用平面镜反射太阳光，在水中看到白光，且亮度与阳光照射时相同；将蜡烛竖直放置在两块平面镜之间时，可以观察到蜡烛发出的光经平面镜反射后，像和物都变得模糊起来。
实验结论：光是沿直线传播的。
惠更斯原理是光的直线传播原理和光沿直线传播规律的统称，即说明光是沿直线传播的，又表述了光传播的速度随着离开源头的距离增加而减小的趋势。
由此，人们也可以用这一原理制成各种教具和玩具。
例如，用惠更斯原理做成的凹面镜，把太阳光聚焦在屋顶上或墙壁上，让儿童在这里学习和游戏，就可以避免强烈的太阳光对眼睛造成伤害。
例如利用惠更斯原理制作的反射式望远镜，能够观察到百里以外的物体。
例如，利用惠更斯原理制作的照相机，能够拍摄出肉眼看不见的暗弱的微小物体。
例如，利用惠更斯原理制成的扩音器，能够把一根细竹管内的声音扩大几十倍甚至几百倍。
据说，这些教具已经走进我国的幼儿园。
【实验内容】 1．一个光具座； 2．一支蜡烛和一张白纸； 3．一个平面镜； 4．一个手电筒； 5．一张铁丝网。
【实验步骤】 1．使用前先检查光具座及各部分有无异常情况。
2．按图所示接通手电筒的电源，使光束射向光具座，调节手电筒的光束位置，使光斑位于白纸上。
3．转动平面镜，使光斑正好落在白纸上。
4．移动手电筒，改变光束的方向，再次观察白纸上光斑的位置。
5．通过实验可以证明光是沿直线传播的。
【知识链接】这一原理对我们有什么启示呢？为了保护眼睛，应该选择合适的地方，例如远离强烈的阳光。
同时还应该注意保护身体，不要因为有趣就忘记安全，例如小时候玩手电筒就很危险。
惠更斯原理
惠更斯原理引言惠更斯原理是一个物理学原理，描述了光的传播方式。
此原理是由法国科学家惠更斯于17世纪末提出的。
他通过实验和观察，发现光在传播过程中遵循一种特定的规律，这便形成了惠更斯原理。
惠更斯原理已经成为光学研究和应用的基础之一。
本文将详细介绍惠更斯原理及其应用。
惠更斯原理的内容惠更斯原理的核心观点是，任何一个点光源都可以看作是无限多个次级点光源的集合。
当光线从光源出发时，它们会沿着各自的传播路径前进。
当光遇到一个障碍物时，每个次级点光源会在障碍物上产生波动。
这些辐射波会沿着各自的传播路径传播，最终在空间上叠加成为一种新的波动模式。
这个新的波动模式被称为波前。
在惠更斯原理中，波前是一个重要的概念。
波前可以理解为一个由大量次级点光源组成的波面集合。
这些次级光源的振动频率和振幅是一致的，因此当它们叠加在一起时，就形成了波前。
波前的形状取决于光线传播过程中遇到的障碍物的形状。
应用领域惠更斯原理在光学研究和实践中有广泛的应用。
以下是其中一些常见的应用领域：1. 研究光的传播路径：通过应用惠更斯原理，可以了解光在传播过程中的路径和行为。
这对于光学仪器的设计和光传输系统的优化至关重要。
2. 干涉和衍射现象的解释：利用惠更斯原理，我们可以解释光的干涉和衍射现象。
干涉和衍射是光的波动性质在传播过程中产生的现象，通过惠更斯原理的解释，可以更好地理解这些现象并应用于实际中。
3. 光场重建：基于惠更斯原理，可以通过测量波前的相位和振幅信息来重建光场。
这在光学成像和光学信息处理中是非常重要的。
4. 自适应光学系统：自适应光学是一项利用惠更斯原理的先进技术。
它通过实时测量和校正光波的相位来消除传播过程中的畸变，从而提高图像质量和传输效率。
结论惠更斯原理是光学研究和应用中一个重要的基础原理。
它描述了光的传播方式，并通过波前的概念来解释光的行为。
惠更斯原理在光学研究、光学仪器设计和光传输系统优化等领域中有广泛的应用。
通过应用惠更斯原理，我们可以更好地理解光的性质并将其应用于实际中，推动光学技术的发展和创新。
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10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
位相差
(2
2πr2
)
(1
2πr1
)
如果2 1即相干波源S1、S2同位相
则
2π
r1
r2
2π
r1 r2 称为波程差（波走过的路程之差）
2π
r1
r2
2π
2kπ (2k 1)π
加强 减弱
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
1. 定义
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。
2. 解释: 可用惠更斯原理作图
阴影区
比较两图
a
阴影区
<< a
~a
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
可见，相对而言，长波衍射现象明显，方向性不好； 短波衍射现象不明显，方向性好。
(长波、短波是以波长与障碍物的线度相比较而言的)
将合振幅加强、减弱的条件转化为干涉 的波程差条件，则有
干涉的波程差条件
当 r1 r2 k 时（半波长偶数倍）
合振幅最大
Amax A1 A2
当
r1
r2
(2k
1)
2
时（半波长奇数倍）
合振幅最小
Amin A1 A2
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
[例1] 两相干机械波，振源相位差为p 的奇数倍， 在
P点相遇，若波程差为半波长的偶数倍，问P 点是加强还是减弱？
解:
2k 1p
1
2
r2
r1
2k
2
2k 1p 2p k 2k 1 2kp p
∴ 振动减弱
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
[例2]两相干波源P、Q，初相相同,振幅相同， PQ 3
2
R 为PQ 连线上任一点，求R点振动的振幅.
y1P
A1 cos(t
1
2π
r1 )
y2P
A2
cos(t 2
2
π
r2
)
s1 r1 *P s2 r2
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
yP y1P y2P Acos(t )
tan
A1
sin(1
2
π
r1
)
A2
sin(2
2
π r2
)
A1
c
os
(1
2
π
r1
)
A2
c
os
(2
2
π
r1
)
A A12 A22 2 A1 A2 cos
2
1
2π
r2
r1
定值
s1 s2
r1 *P r2
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
讨论
A A12 A22 2A1A2 cos
位相差 决定了合振幅的大小.
干涉的位相差条件
当 2kπ时k 0,1,2,3...
合振幅最大 Amax A1 A2 ，称为干涉极大点；
当 2k 1π
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉 例如，我们可以在水面上激起一列平行波(下图)，在波的前方设置一个障碍物，障碍 物上留有一个小孔。这时，我们可以清楚地看到，穿过小孔的波是圆形的，与原来波的 形状无关。显然，对于障碍物后面的波来说，小孔就是波源，波是从小孔发出来的。
障碍物的小孔成为新的波源
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
子波
t+t 时刻波阵面S2
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉ut平球
面
面
R1
O
R2
波
波
(a)平面波
(b)球面波
用惠更斯原理求作新的波阵面
惠更斯原理适用于任何波动过程，无论是机械波或是电磁波。
根据惠更斯原理作图，还可以简捷地说明波 在传播中发生的衍射、反射和折射等现象。
二、波的衍射
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
P
Q
R
解:
1
2p2 32p
r1 r2
3p
2
减弱 A 0
[例3]AB为两相干波源，振幅均为5cm，频率为100Hz，波
速为10m/s。 A点为波峰时，B点恰为波谷，试确定两列波
在P点干涉的结果。
P
解： 15m
A
20m
B
A点为波峰时，B点恰为波谷 : A与B的位相差为 p
设A比B 超前p A B p
三 波的干涉
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
1、波的叠加原理
（1）、波传播的独立性原理：几列波在传播过程中相遇 后，每列波仍将保持其各自原有的振动特征（频率，波长， 振幅，振动方向）不变，并按照原来的方向继续前进,好 像没有遇到其它波一样。
（2）、波的叠加原理：在相遇区域内，任一点振动的 位移是各列波单独存在时在该点引起的位移的矢量和。
O1
产生的某些点的振动始终加
r1
强,另一些点的振动始终减弱 的现象，叫波的干涉现象。
干涉现象是波动所独有的现象.
O2
P r2
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
(3)干涉现象的定量讨论
设有两个相干波源S1、S2的振 动分别为：
y1 A1 cos(t 1) y2 A2 cos(t 2 )
它们发出的两列相干波在空间某P点(称为干涉点)相遇，如图所示，两列波在P 点引起的分振动为:
下图是用惠更斯原理描绘的球面波和平面波的传播过程，其中:
S1为某一时刻t 的波阵面， △t 时间后形成半径为 u△t
S1上的每一点发出的球面子波，经 的球面，在波的前进方向上，这些
子波的包迹S2
就成为 t +△t 时刻的波阵面。
t 时刻波阵面 S1
t 时刻波阵面 S1
子波源
子波源
子波 t+t 时刻波阵面S2
一般来说，任意的几列简谐波在空间相遇时，叠加的情形是很复杂的，它们 可以合成多种形式的波动。下面我们只讨论波的叠加中一种最简单而又最重要的
情形，即两列频率相同、振动方向相同、位相差恒定的简 谐波 (相干波)的叠加。
2、波的干涉
（1）相干条件: ➢频率相同，振动方向相同，相位差恒定
（2）干涉现象：
两相干波在空间相遇时，而
B
A
2p
BP
AP
p
2p
一 惠更斯原理
1. 原理：介质中波动传到的各点 都可以看作是发射子波的波源， 在其后的任一时刻，这些子波的包 迹（包络）就决定新的波阵面。
2. 应用 : t 时刻波阵面
t+t 时刻波阵面
波的传播方向
荷兰物理学家(1629-1695)
(C. Hygens)
在各向同性介质中，只要知道了波阵面的形状，就可以按照波射线与波阵面垂直 的规律，作出波射线来，从而确定波的传播方向。所以此原理在一定程度上解决了 波的传播问题。
10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉
我们在前面谈到，波的传播依赖于介质中各质点 之间的相互作用。距离波源近的质点的振动将引起 邻近的较远的质点振动，较远质点的振动又会引起 邻近的更远的质点振动，这表明波动中的相互作用 是通过各质点的直接接触来实现的。按照这个观点， 波传播的时候，介质中任何一点相对于其后面的点 来说，都可以看作是新的波源。