惠更斯原理波的衍射波的衍射现象
光的衍射
C：变宽，不移动；
D：变窄，同时向上移动；
E：变窄，不移动。
xk明 f a
[A]
例4．在单缝夫琅和费衍射中，将单缝沿透镜光 轴方向平移，则屏幕上的衍射条纹。 A：间距变大； B：间距变小； C：不发生变化； D：间距不变，但明暗条纹的位置交替变化。
S
L1
L2
P
解： αsinθ=kλ 光程差与 l 无关 [C]
1. 衍射暗纹、明纹条件
• asin 2 此时缝分为两个“半波带”, P 为暗纹。 2
B
半波带
D
半波带
A
1 2 1 2
asin
B
asin
A
暗纹条件 a sin 2k k，k 1,2,3…
2
• asin 3 此时缝分成三个“半波带”, P 为明纹。 2 B
单缝衍射 第一级极 小值位置
光栅衍射 第三级极 大值位置
缺级
k=-6 k=-4
k=-2 k=0
k=2
k=4
k=6
k=-5 k=-3
a(sinφ sinθ )
对于暗纹有 k
asinθ A
则 a(sinφ sinθ ) k sinφ k sinθ
a (k 1,2,3,)
φ θ
B asinφ
例2．波长为 500nm 的单色光垂直照射到宽度a=0.25mm
的单缝上，单缝后放一凸透镜，在焦平面上放一屏，用以观测衍射 条纹，今测得屏上中央明纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条 纹之间距离为d，d=12mm，则焦距f为多少？
ds
E0(
p)
cos
惠更斯原理
b c a
i i'
A
B v∆t A` ∆
a` c` b`
i i'
B`
∆AB`B ≅ ∆B`AA` B`B = AA` i`= i ∠A`AB`= ∠BB`A
演 示
观察水波的折射
在水槽中放入一块厚玻 璃板， 璃板，注意使它的一条边 不与波传来方向垂直。然 不与波传来方向垂直。 后加水， 后加水，使水面高过玻璃 接通电源产生水波， 板。接通电源产生水波， 观察水波经过水深不同的 区域时传播方向的变化。 区域时传播方向的变化。
B
v1∆t
i
r
D
sin i v1 = sin r v2
r
C
小 结：
定义： 定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。
波 的 反 射
｛
规律 ：
｛
1．入射波波线反射波波线和法线在 ． 同一平面内． 同一平面内．
２．反射角等于入射角． 反射角等于入射角．
｛
１．入射波波线折射波波线和法线在同 规律： 一平面内． 一平面内． ２． sin
惠更斯原理
◆观察现象： 观察现象：
水面O点有一波源，水波向四周传播。 水面O点有一波源，水波向四周传播。
0
1）水面上形成一列圆形波； 水面上形成一列圆形波； 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷。 画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷。
一．波面和波线
波面： 波面： 同一时刻， 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 波面。 构成的面叫做波面。 波线： 波线： 用来表示波的传播方 向的跟各个波面垂直 垂直的线 向的跟各个波面垂直的线 叫做波线 波线。 叫做波线。 波线
.
惠更斯原理可以说明波的衍射现象
惠更斯原理可以说明波的衍射现象
1弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理介绍
弗里德曼-赫伯特-惠更斯(Friedmann-Herbert-Huygens)原理是描述波、振动、传播等自由空间中的现象并产生具有哲学意义的一种物理学原理。
它把波描述为传播的小尺寸的圆形或椭圆形的包含着有限的能量的圆波，它们在自由空间中向各个方向传播。
这样就渐渐产生了空间中分布的波，这便是波的扩散或衍射。
2弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理的定义
弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理可定义为：在每个点，波源发射出的波在任意方向上都能同时传播，前面传播的不受后面新传播的波方向的影响，从而形成扩散或者说发散的波。
3弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理的运用
弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理可以用来解释一些物理现象，如声波的扩散现象。
当声波源发射出声波时，声波在扩散向它周围的自由空间中，就同时发散投射出去，这与弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理是一致的。
此外，同样可以用弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理来解释光波的衍射，即当光源发出光线时，光线是同时投射沿着入射面上各个方向，就会发生衍射现象，而这种衍射现象也是由弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理得出的结果。
4结论
从上面可以看出，弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理不仅可以用来解释声音的扩散现象，还可以用来解释光波的衍射现象，从而帮助我们了解自由空间中的波的传播行为。
同时，也可以作为物理学上一种比较重要的原理，用于研究波的传播、振动及其他相关现象。
总之，弗里德曼-赫伯特-惠更斯原理给我们带来了诸多具有指导意义的理论，在物理学上有其深奥而重要的意义。
6-4 惠更斯原理和波的应用
6 – 4 惠更斯原理和波的应用 波的应用（简介） 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. 音响技术：音乐的空间感、环绕感，音乐厅设计 超声技术: 超声诊断、无创治疗. 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. 通信技术 卫星通信、光纤通信、网络世界 1. 驻波
第六章 机械波
6 – 4 惠更斯原理和波的应用
物理学教程 第二版） （第二版）
驻 波 的 形 成
第六章 机械波
6 – 4 惠更斯原理和波的应用 2. 声强级 超声波和次声波
物理学教程 第二版） （第二版）
在弹性介质中传播的机械纵波，一般统称为声波 在弹性介质中传播的机械纵波，一般统称为声波. 可闻声波 可闻声波 20 ~ 20000 Hz 次声波 低于20 低于 Hz 超声波 高于20000 Hz 高于 声强： 声强： 声波的能流 密度. 密度
波衍射1.swf
第六章 机械波
6 – 4 惠更斯原理和波的应用 利用惠更斯原理可解释波的衍射。 利用惠更斯原理可解释波的衍射。 波在传播过程中，遇到障 波在传播过程中， 碍物时其传播方向发生改变， 碍物时其传播方向发生改变， 绕过障碍物的边缘继续传播。 绕过障碍物的边缘继续传播。 波达到狭缝处， 波达到狭缝处，缝上各点都可 看作子波源，作出子波包络， 看作子波源，作出子波包络，得到 新的波前。在缝的边缘处， 新的波前。在缝的边缘处，波的传 播方向发生改变。 播方向发生改变。 此时波阵面不再是平面， 此时波阵面不再是平面，在靠 近边缘处，波阵面进入了阴影区域， 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， 表示波已绕过障碍物的边缘处，波 阵面进入了阴影区域， 阵面进入了阴影区域，表示波已绕 过障碍物的边缘传播。 过障碍物的边缘传播。
惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象
惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象什么是“波的衍射”？波的衍射是指在一定环境中，波的传播过程中，由于物体的形状、大小以及空间的设置而导致的波的反射和折射现象。
衍射的原理被英国物理学家威廉惠更斯（William Henry Fox Talbot）在19世纪提出，即“波的衍射现象可以用惠更斯原理来解释”。
惠更斯原理是一种物理原理，它认为波的传播过程中，由于空气的反射和折射，波的衍射现象会发生，这就是惠更斯原理的基本概念。
根据惠更斯原理，当一个可以发出的波被一个物体阻挡时，波会反射、折射和衍射这三种现象，这三种现象都是由波的波长、波的频率等特征决定的。
首先，当一个物体阻挡了发出的波，这个波会反射回去。
这就是折射现象，因为当发出的波穿过物体时，波的频率和波长会发生变化，从而使波发生变化，最终形成反射波。
其次，当发出的波穿过一个物体且与物体表面的角度相差不大时，波会发生折射现象，即波从一个介质向另一个介质的转折。
这是因为当波穿过物体时，波的方向会发生变化，由于介质的不同，波的频率会发生变化，从而导致波发生折射现象。
最后，当发出的波穿过物体或者是遇到两个物体时，波会发生衍射现象。
衍射是指在一定环境中，由于物体的形状、大小而导致的波的反射以及折射现象。
如果在一条两头封闭的弯管中放入一个波，这个波会在管道内形成一个圆环，从而产生衍射现象。
总的来说，惠更斯原理可以用来解释波的衍射，当发出的波在一定环境中穿越物体时，会发生反射、折射和衍射现象，这一切都是由波的波长、波的频率、物体的形状以及大小等特征决定的。
惠更斯原理通过描述波在物体和介质之间的传播过程，使人们理解了波的衍射现象，可以说，这一原理对物理学的发展具有重要性。
随着科技发展，对惠更斯原理的了解也越来越深入。
如今，物理学家们不仅可以用此原理来解释波的衍射现象，而且还可以用它来探究很多其他物理现象，比如微粒衍射、波的干涉和共振等，从而有助于我们更深入地理解物理学。
惠更斯原理、衍射现象讲解
对此类现象进行大量的总结后，荷兰物理学家惠更斯在1679年指出，介质中传播的 波传播到各个点时，每个点都可以看成是发射子波的波源，所有子波形成的包络面 就是新的波前，这就是惠更斯原理；不管是机械波还是电磁波，惠更斯原理都是适 用的；
图2所示的平面波中，根据惠更斯原理，波面S1上的各个点都可以看作是新的波源， 所有波源的包络面S2就是新的波前，当然S1与S2之间的距离就要由波长决定。
比如人在室内时能够听到室外的声音，就是声波绕过门、窗或者缝继续传播的现象。 生活中不只是机械波才存在衍射现象，电磁波 也会存在衍射现象，衍射现象是波动的一个特征之一。
下一章《大型交响乐队演奏中的物理学原理，波的干涉现象》讲解波的干涉现象。
当波在向前传播时，难免会遇到障碍物，于是把波遇到障碍物时，绕过障碍物边缘 继续向前传播的现象叫做衍射；解释衍射现象最好的理论就是惠更斯原理，
图3所示的三幅图中，小孔的尺寸分别是1/10λ、λ、10λ，可以看出小孔的尺寸越 小，小孔处子波的包络面越接近于圆形，也就是说进入图中阴影部分的波前越多， 绕过障碍物传播的现象越明显，当小孔的直径很大时，大部分的波前保持原来的方 向，只有很小一部分波前进入阴影部分。
《从惠更斯原理看，我们知道了波在介质中传播时，实际上就是每个质 点重复上一个质点的运动状态，于是介质中的每个质点都可以看作是一个新的波源， 因为它包含了起始波源的所有信息，
比如图1所示的水面波在传播时，当小孔的大小和波长差不多时，其他位置的质点 在振动时被障碍物挡住，不能继续向前传播，而处于小孔位置的质点就可以以自身 为波源，带动周围的质点继续振动，于是就出现了圆形波。
大学物理惠更斯原理波的衍射
6.5 波的干涉
6.5.1 波的叠加原理 1. 波传播的独立性原理
几列波在空间某点相遇后，每一列波都能独立地 保持自己的原有特性（频率、波长、振动方向等） 传播，就像在各自路程中，并没有遇到其它波一样.
例如： 管弦乐队合奏;
几个人同时讲话;
天空中多个无线电波.
2. 波的叠加原理
几列波在某点相遇时，该处质点的振动为各列波 单独在该点引起的振动的合振动.
水
波
通
波
过
的
狭
衍
缝
射
后
的
衍
射
讨论
1. 波的衍射现象是否明显，取决于障碍物的线度与波长的关系
小孔的直径远小于 波长时的衍射现象
小孔的直径大于 波长时的衍射现象
2. 室温下，声速为340m/s，频率20-20000Hz，波长范围：
u 0.017 ~ 17m
与障碍物尺度相当，所以声波的衍射现象较显著.
相遇前
相遇时
相遇后
6.5.2 波的干涉条件和公式
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，某些地方振 动始终加强，另 一些地方振动始 终减弱的现象， 称波的干涉现象.
波的相干条件:
(1) 频率相同；
S1
(2) 振动方向平行；
(3) 相位相同或相位差恒定. S2
r1
*P
r2
当(2 1) 2k 时
A = A1+ A2 —合振幅最大，同相
当(2 1) (2k 1) 时 A = |A1A2 | —合振幅最小，反相
波函数的求解：
上次课内容小结
1. 先求出某点O的振动方程: yO Acos(t )
由初始条件求振幅和初相位：
波的特性知识点及练习(干涉、衍射等)
波的特有现象——波的反射、波的折射、波的叠加原理〔独立传播原理〕、波的衍射、波的干预、多普勒效应一.波面和波线、波前波面：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．〔振动相位相同的各点组成的曲面。
〕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．波前：某一时刻波动所到达最前方的各点所连成的曲面。
二.惠更斯原理荷兰物理学家 惠 更 斯1.惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。
2.三、波的特性：波的反射、波的折射、波的叠加原理〔独立传播原理〕、波的衍射、波的干预、多普勒效应〔一〕.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．•反射定律：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。
•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． · 平面波· · · ·u t 波传播方向•反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．•波遇到两种介质界面时，总存在反射〔二〕、波的折射1.波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．2.折射规律：(1).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．2.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：•当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.•当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.•当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例．•在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．•波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．由惠更斯原理，A 、B 为同一波面上的两点，A 、B 点会发射子波，经⊿t 后， B 点发射的子波到达界面处D 点， A 点的到达C 点，21sin sin v v r i〔三〕波的叠加原理〔独立传播原理〕在两列波相遇的区域里，每个质点都将参与两列波引起的振动，其位移是两列波分别引起位移的矢量和．相遇后仍保持原来的运动状态．波在相遇区域里，互不干扰，有独立性．两列波叠加时，假设两列波振动方向相同，则振动加强，振幅增大；假设两列波振动方向相反，则振动减弱，振幅减小。
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折射波与入射波在不同的介质中传 播，波速是不同的，因而在同一时 间内行进的距离是不等的。据此可 以解释波射)演示
2.(折射)演示
B
u1
i
由几何关系知：
A
u2
C
F E
而在其后的任意时刻， 这些子波的包络面就是 新的波面。
3、用惠更斯原理来解释波动的传播方向
在各向同性介质中：
平面波
S1
S2
u △t
球面波
S2
R2
S1
R1
o
二、波的衍射
1、波的衍射现象
波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘继 续前进的现象叫做波的衍射现象。
(波的衍射与波长和衍射物的尺寸有关)
2、反射定律
•反射线、入射 线和法线在同 一平面内； •反射角等于入 射角。
3、波的折射定律
•折射线、入射线和法线在同一平面内 •入射角的正弦与反射角的正弦之比等 于波在第一种介质中传播的速度与波 在第二种介质中传播的速度之比
sin i 1 n2 sin r 2 n1
4、用惠更斯原理解释波的反射和折射
sin i u1t u1 u2△t
D
sin u2t u2
小孔的衍射现象
注意刀片狭缝的衍射花样
例1、下列说法正确的是（ ） A、衍射是一切波特有的现象 B、对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明 显 C、听到回声是声波的衍射现象 D、听到回声是共鸣现象
（A, B）
惠更斯原理 波的衍射、反射和折射
惠更斯： (Christian Haygens，1629—1695)
2、用惠更斯原理解释波的衍射现象
靠近狭缝的
边缘处，波
A
面弯曲，波
线改变了原
来的方向，
即绕过了障
B
碍物继续前
进。
三、波的反射与折射
1、波的反射现象和折射现象
当波传播到两种介质分界面 时，一部分波从分界面上返
回，形成反射波，另一部分 进入另一介质，形成折射波，
这就是波的反射现象和折射 现象。
i i’ r
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。
一、惠更斯原理
介质中波动传播到的各 个点都可看作是发射球 面子波的波源