1、10.4 惠更斯惠更斯原理原理反射、折射、衍射反射、折射、衍射Huygens，Christiaan惠更斯，克里斯蒂昂惠更斯，克里斯蒂昂(16291695) 伽利略伽利略时代和艾萨克牛顿牛顿时代之间最伟大的科学家，他发明了第一具成功的摆钟(还有很多其他发明)，设计并改进了天文望远镜，提出了完整的光的波动说。 惠更斯受到了当时最高标准的教育，1645-1647年他在莱顿大学研读了数学和法学，然后到布雷达继续攻读法学两年。 通过望远镜的观察，惠更斯对光的本质发生了兴趣，并创立了用波描述光的行为的完整理论。这一工作在1678年致法国科学院的信件中首次发表，其完整形式则于1690年发表在他的论光一书中。
2、 惠更斯原理1. 波前1.1 在同一时刻，波动传播所至的点集合称为波前( Wavefront )，如水波的相邻波峰(谷)联机。1.2 直线波的波前为直线，点波源在平面上的波前为圆周线，在空间中则为球面。1.3 波动行进的方向恒与波前保持垂直。Huygens子波原理的内容子波原理的内容（1678年）年）： 1）光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，发出子波；）光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，发出子波； 2）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面；）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面； 3）波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点的连线方）波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点
3、的连线方向上。向上。 一、惠更斯原理 任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。ssssr = vt成功之处直线传播规律反射折射规律双折射现象较好的解释光的定性的解释光的干涉、衍射现象不足之处不能解释干涉衍射光的振幅变化不能解释衍射光强的重新分布惠更斯原理波前上的每一点可以视为微小子波微小子波的来源，子波并以整体的波速向波之行进方向扩展。下一时刻的波前为下一时刻的波前为与各子波相切的曲面与各子波相切的曲面。惠更斯原理惠更斯原理根据惠更斯原理，若某瞬间波前为根据惠更斯原理，若某瞬间波前为 PP曲面，在曲面，在
4、t时时间之后，波前的位置为间之后，波前的位置为 QQ曲面，波形进行方向与波曲面，波形进行方向与波前垂直。前垂直。惠更斯原理惠更斯原理水面产生直线波的瞬间波形，波前 AA及波前 BB上各点到波源的距离都相同。直线直线前进的平面波，若不遇到任何阻碍，下一时刻的波前形状也会是直线。惠更斯原理惠更斯原理vDtv子波构成的平面波波前子波构成的平面波波前vS(t)S(t+Dt )子波构成的球面波波前子波构成的球面波波前惠更斯原理对波的传播惠更斯原理对波的传播衍射现象：波传播过程中当遇到障碍物时衍射现象：波传播过程中当遇到障碍物时, ,能能绕过障碍物的边缘而传播的现象。绕过障碍物的边缘而传播的现象。u tt
5、时刻时刻波面波面 t+ t时时刻波面刻波面平面波平面波波传播波传播方向方向a 如你家在大山后如你家在大山后,听广播听广播和看电视哪个更容易和看电视哪个更容易?(若广播台、电视台都在山前侧若广播台、电视台都在山前侧)惠更斯原理对惠更斯原理对波的反射和折射的解释波的反射和折射的解释 波的反射波的反射 (略略)衍射现象显著衍射现象显著与否与障碍物与否与障碍物的大小和波长的大小和波长之比有关之比有关 用作图法求出折射波的传播方向用作图法求出折射波的传播方向BC=u1(t2-t1) 媒质媒质1媒质媒质2折射波传播方向折射波传播方向AE=u2(t2-t1)ACirt1t2BE由图有波的折射定律由图有波的折
6、射定律 i-入射角入射角, r-折射角折射角(1)折射线、入射线和界面折射线、入射线和界面 法线在同一平面内。法线在同一平面内。211221sinsinnnnuuri (2)球面波球面波 tt + t惠更斯原理对波的惠更斯原理对波的衍射衍射现象的解释现象的解释衍射现象：波传播过程中当遇到障碍物时衍射现象：波传播过程中当遇到障碍物时, ,能能绕过障碍物的边缘而传播的现象。绕过障碍物的边缘而传播的现象。u tt时刻时刻波面波面 t+ t时时刻波面刻波面平面波平面波波传播波传播方向方向Huygens子波原理的内容子波原理的内容（1678年）年）： 1）光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，发出子波
7、；）光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，发出子波； 2）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面；）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面； 3）波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点的连线方）波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点的连线方向上。向上。 vDtv子波构成的平面波波前子波构成的平面波波前vS(t)S(t+Dt )子波构成的球面波波前子波构成的球面波波前球面波的传播狭缝生成的子波和波前狭缝生成的子波和波前 狭缝狭缝波的叠加声音在障碍物缺口边扩散使不在缺口正前方的人也可听到声音。在缺口上以5个点代表5个惠更斯子波的波源，而其共同切面可向非直切面可向非直线方向扩展。线方向扩展。
