惠更斯原理反射、折射、衍射

1、惠更斯原理 反射、折射、衍射波前 ：在同一時(shí)刻， 波動(dòng)傳播所至的點(diǎn)集合， 稱為波前 (wave front )，如水波的相鄰波峰 (谷) 聯(lián)機(jī)。直線波的波前為直線，點(diǎn)波源在平面上的波前為 圓周線 ，在空間中則為 球面 。 波動(dòng)行進(jìn)的 方向 ，恒與波前保持 垂直。Huygens 子波原理 的內(nèi)容：1. 光波波前上的每一點(diǎn)，可看成一個(gè)新的次級(jí)波源，發(fā)出子波；2. 下一個(gè)時(shí)刻的波前為所有子波的共同包絡(luò)面；3. 波的傳播方向在子波源與子波面和包絡(luò)面的切點(diǎn)的連線方向上。一、 惠更斯原理 任何時(shí)刻波面上的每一點(diǎn)都可作為次波的波源，各自發(fā)出球面波；在以后的任何時(shí)刻， 所有這些次波波面的包絡(luò)面形成整個(gè)波在該時(shí)

2、刻的新波面。直線傳播規(guī)律 較好的解釋光的 反射折射規(guī)律成功之處 雙折射現(xiàn)象 定性的解釋光的干涉、衍射現(xiàn)象 不能解釋干涉衍射光的振幅變化 不足之處不能解釋衍射光強(qiáng)的重新分布波前上的每一點(diǎn)可以視為微小子波的來源， 子波并以整體的波速向波之行進(jìn)方向擴(kuò)展。 下一時(shí)刻的波前為與各子波相切的曲面。根據(jù)惠更斯原理，若某瞬間波前 為 PP 曲面，在 t時(shí)間之后， 波前的位置為 QQ曲面，波形 進(jìn)行方向與波前垂直。水面產(chǎn)生直線波的瞬間波形， 波前 AA及波前 BB 上 各點(diǎn)到波源的距離都相同。直線前進(jìn)的平面波，若不遇 到任何阻礙，下一時(shí)刻的波 前形狀也會(huì)是直線。惠更斯原理對(duì)波的傳播的解釋衍射現(xiàn)象：波傳播過程中當(dāng)

3、遇到障礙物時(shí) , 能繞過障礙物的邊緣而傳播的現(xiàn)象。 波的折射：菲涅耳對(duì)惠更斯原理的改進(jìn)菲涅耳在惠更斯原理的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了描述次波的基本特征位相和振幅的定量表示 式，并增加了“次波相干疊加”的原理，從而發(fā)展成為惠更斯菲涅耳原理。這個(gè)原理的 內(nèi)容表述如下：面積元 dS 所發(fā)出的各次波的振幅和位相滿足下面四個(gè)假設(shè)：(1) 在波動(dòng)理論中，波面是一個(gè)等位相面。因而可以認(rèn)為 dS 面上各點(diǎn)所發(fā)出的所有次波 都有相同的初位相 ( 可令其為零 ) 。(2) 次波在 P 點(diǎn)處所引起的振動(dòng)的振幅與 r 成反比。 這相當(dāng)于表明次波是球面波。(3) 從面元 dS 所發(fā)次波在 P 處的振幅正比于 dS 的面積 , 且與

4、傾角有關(guān)，其中為 dS 的法線 N與 dS到 P點(diǎn)的連線 r 之間的夾角，即從 dS 發(fā)出的次波到達(dá) P點(diǎn)時(shí)的振幅隨的增 大而減小 ( 傾斜因數(shù) ) 。(4) 次波在 P 點(diǎn)處的位相，由光程 nr 決定?；莞乖恚航橘|(zhì)中波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后任意時(shí)刻這些子波的包跡就決定新的波陣面（波陣面的概念略，一定弄懂） 。如插圖，并用聲波為例解答如 下：U L-m為一縱波從介質(zhì) M有一定角度入射到介質(zhì) N中，如介質(zhì) M和 N都是固體，則如圖上 半部所示，在兩介質(zhì)界面處產(chǎn)生折射 , 在介質(zhì) N中產(chǎn)生縱波 U L-n 和橫波 U S-n ；在兩介質(zhì)界 面處產(chǎn)反射在介質(zhì) M中產(chǎn)生反射的縱波 U L-m和反射的橫波 U S-m。圖下半部分用惠更斯原理 解釋了折射和反射產(chǎn)生的原理。假設(shè)傳播速度為：U L-nU S-nU L-mU S-m。從左下圖可見，A-A和 D-D所經(jīng)歷的時(shí)間是相同的， 但 A-A之間距離要大于 D-D，所以進(jìn)入介質(zhì) N后的 U L-n 的傳播方向是新的波陣面的包絡(luò)線的法線方向，發(fā)生了折射！折射角的變化只和該波在兩介 質(zhì)中傳播速度的比有關(guān)（公式略） 。右下是反射的情況，由于反射的縱波和入射縱波都是在 M中傳播，所以反射角和入射角相等。由于 U L-nU S-nU L-mU S-m ，用同樣的分