惠更斯原理
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。
惠更斯原理解释衍射现象
惠更斯原理解释衍射现象引言衍射是物理学中一个重要的现象，它描述了当光线通过一个障碍物或者通过一个边缘时，发生的弯曲和扩散。
这个现象可以通过惠更斯原理来解释和理解。
惠更斯原理认为，每个点都可以看作是发射出波的波源，这些波在传播过程中相互干涉，形成新的波前。
在本文中，我们将详细说明惠更斯原理以及如何利用该原理解释衍射现象。
惠更斯原理的基本概念惠更斯原理是由法国物理学家惠更斯在17世纪提出的。
该原理认为，光线传播过程中，每个点都可以看作是发出波的波源。
在传播过程中，波会沿着各个方向传播，而波前则是波传播线上各个点的集合。
惠更斯原理的核心思想是，波会在传播过程中与其他波相互干涉，形成新的波前。
衍射现象的解释衍射现象可以被理解为波在通过障碍物或者经过边缘时产生的干涉现象。
当光线通过一个具有边缘或者孔径的障碍物时，波的传播会受到一定程度的限制和干涉，导致光线的扩散和弯曲。
这种现象就是衍射。
惠更斯原理可以很好地解释衍射现象。
惠更斯原理认为，波将在波前上的每一个点发出次波作为次波源。
这些次波源在传播过程中相互干涉，并产生新的波前。
当波在通过一个边缘时，边缘上的每个点都可以看作是一个次波源。
这些次波源发出的次波将以不同的相位和振幅发生干涉，产生一个新的波前。
这个新的波前将继续传播，并将波的能量扩散到边缘之外的区域，从而形成衍射现象。
衍射的实际应用衍射现象在光学和声学领域有许多实际应用。
以下是一些常见的应用：1.衍射光栅：衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它利用衍射现象将光分散成不同的颜色。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光通信等领域。
2.衍射声纳：衍射现象也存在于声学领域。
声波在通过边缘或孔径时会产生衍射现象，导致声波的传播方向发生变化。
基于衍射原理的声纳技术被广泛应用于水下通信和探测等领域。
3.衍射成像：衍射现象可以用于成像。
例如，透过窄缝或小孔的光线经过衍射后，可以在屏幕上形成干涉条纹。
基于这种原理，人们可以用衍射成像技术观察微小的细节和结构。
什么是惠更斯原理
什么是惠更斯原理惠更斯原理是光学中的一个重要原理，它是由17世纪法国科学家惠更斯提出的。
惠更斯原理主要描述了光的传播规律，对于解释光的传播和衍射现象有着重要的意义。
在光学领域中，惠更斯原理被广泛应用于解释光的传播、干涉和衍射现象，对于理解光学现象有着重要的作用。
惠更斯原理的核心思想是，每个点上的波前都可以看作是次波源，这些次波源发出的波是波前上各点的相干波。
当波在传播过程中遇到障碍物或有限的孔径时，波会发生衍射现象，这时波的传播路径并不是沿直线传播，而是出现了弯曲的现象。
这种现象可以用惠更斯原理来解释，即波的每个点都可以看作是次波源，这些次波源发出的波相互叠加形成新的波前，从而产生了衍射现象。
惠更斯原理可以很好地解释光的传播规律，特别是对于光的干涉和衍射现象有着重要的意义。
在干涉现象中，当两条光线相遇时，它们会相互叠加形成干涉条纹，这种现象也可以用惠更斯原理来解释。
惠更斯原理认为，波的每个点都可以看作是次波源，这些次波源发出的波相互叠加形成了新的波前，从而产生了干涉现象。
在衍射现象中，当光线通过一个有限的孔径或遇到障碍物时，光会发生弯曲和扩散的现象，这也可以用惠更斯原理来解释。
惠更斯原理认为，波的每个点都可以看作是次波源，这些次波源发出的波相互叠加形成了新的波前，从而产生了衍射现象。
因此，惠更斯原理对于解释光的传播、干涉和衍射现象有着重要的作用。
除了在光学领域中的应用，惠更斯原理在波动理论中也有着广泛的应用。
惠更斯原理不仅可以解释光的传播规律，还可以解释其他波动现象，如声波、水波等的传播规律。
因此，惠更斯原理是波动理论中一个非常重要的原理，对于理解波动现象有着重要的作用。
总之，惠更斯原理是光学和波动理论中的一个重要原理，它描述了波的每个点都可以看作是次波源，这些次波源发出的波相互叠加形成了新的波前，从而产生了光的传播、干涉和衍射现象。
惠更斯原理对于解释光学和波动现象有着重要的意义，是光学和波动理论中不可或缺的一部分。
惠更斯原理的适用范围
惠更斯原理的适用范围
惠更斯原理是光学中的基本原理，适用范围包括以下几个方面：
1. 光的传播：惠更斯原理用于描述光的传播过程。
根据该原理，光在空间中传播时是以波的形式进行的，光线在各点的传播方向上具有相同的波前面。
利用这个原理可以解释光的反射、折射、衍射等现象。
2. 光的反射：惠更斯原理可以用于解释光的反射现象。
根据该原理，入射光线在反射面上的各点作为次级波源发出的波前面，能够合成一条反射光线。
惠更斯原理可以用于推导光的反射定律，即入射角等于反射角。
3. 光的折射：惠更斯原理可以用于解释光的折射现象。
根据该原理，入射光线在折射界面上的各点作为次级波源发出的波前面，能够合成一条折射光线。
惠更斯原理可以用于推导光的折射定律，即折射角满足较李斯定律。
4. 光的衍射：惠更斯原理可以用于解释光的衍射现象。
根据该原理，光通过一道狭缝或物体边缘时，每个狭缝或边缘上的点都可以看作次级波源，通过这些次级波源发出的波前面进行叠加后形成衍射波前面。
利用这个原理可以解释衍射的干涉条纹、衍射狭缝等现象。
5. 光的干涉：惠更斯原理可以用于解释光的干涉现象。
根据该原理，当两束光线相遇时，根据每个点都可以看作次级波源，通过这些次级波源发出的波前面进行叠加后形成干涉波前面。
利用这个原理可以解释干涉的干涉条纹、干涉现象等。
总之，惠更斯原理适用于光学中的传播、反射、折射、衍射、干涉等现象的解释和分析。
惠更斯原理 波
惠更斯原理波惠更斯原理是光波传播的基本原理之一。
根据惠更斯原理，光波在传播过程中遵循着波的传播规律，即光波传播是通过波前的连续传播而实现的。
本文将详细介绍惠更斯原理及其在光学领域的应用。
我们来了解一下惠更斯原理的基本概念。
惠更斯原理是法国物理学家惠更斯在17世纪提出的，他认为光波的传播可以看作是波前的连续传播。
所谓波前，指的是波的前沿，即波的传播方向上每一点上的振动状态。
根据惠更斯原理，波在传播过程中，波前上每一点都可以看作是一个新的波源，它发出的次波与其他波源发出的次波叠加后形成新的波前，从而实现波的传播。
这个过程就像是在水面上扔石子，石子落入水中会产生涟漪，涟漪的波前会向四周扩散，不断形成新的波前，从而实现波的传播。
惠更斯原理在光学领域的应用非常广泛。
其中，最著名的应用之一就是解释光的直线传播。
根据惠更斯原理，光波在传播过程中，波前上的每一点都可以看作是一个新的波源，它发出的次波与其他波源发出的次波叠加后形成新的波前。
当光波传播到介质的边界面时，由于介质的性质不同，波速会发生改变。
根据惠更斯原理，波前上每一点都可以看作是一个新的波源，这些新的波源会发出次波，而这些次波会受到介质的影响，根据介质的性质不同，次波的传播速度也会不同。
当这些次波叠加后形成新的波前时，新的波前上的每一点都具有相同的相位，从而形成了一个新的波。
这个新的波将按照惠更斯原理的规律继续传播，直到最终到达观察者的位置。
因此，根据惠更斯原理，光波在传播过程中会沿着直线传播。
除了解释光的直线传播外，惠更斯原理还可以用来解释光的反射和折射现象。
当光波传播到平滑的反射面时，根据惠更斯原理，波前上的每一点都可以看作是一个新的波源，它发出的次波与其他波源发出的次波叠加后形成新的波前。
这些次波在反射面上发生反射，根据反射定律，反射角等于入射角，次波的传播速度保持不变。
当这些次波叠加后形成新的波前时，新的波前上的每一点都具有相同的相位，从而形成了一个新的波。
惠更斯原理
y1P A1 cos( t 1 2 π )
r1
r2
y p y p1 y p 2
y p y p1 y p 2
?
r1 y1P A1 cos( t 1 2 π ) A1 cos( t 1 p ) r2 y2 P A2 cos( t 2 2 π ) A2 cos( t 2 p )
例：如你家在大山后,听广播和看电视 哪个更容易?(若广播台、电视台都在 山左侧)
中波 超短波、微波
例：在日常生活中如何产生点光源?如何将球面波转换成平面波?
三、 波的干涉
1 波的叠加原理
波在相遇区域，任一质点的振动为二波 单独在该点引起的振动的合成. 叠加性：在相遇区合振动为分振动的合成
独立性： 相遇时直接合成，分开后传播 情况与未相遇时相同，互不干扰.
点A振动方程为
y A 0.1cos 200πt
向右传播的波动方程为
x y1 0.1cos 200π t 0.1cos200πt 0.5πx u A B P
O x X
点B振动方程为
yB 0.1cos200πt π
向左传播的波动方程为
30 x y2 0.1cos 200π t π u 0.1cos200 πt 0.5πx 14π
A
O
P
B
X
x
小结： 1、波的干涉条件
振动方向相同；
频率相同；
位相差恒定 。
——相干波
干涉强 弱条件
A A1 A2 2 A1 A2 cos r2 r1 2 1 2π
2 2
2kπ
惠更斯原理
1惠更斯－菲涅尔原理⏹ 惠更斯－菲涅耳原理可以表述如下：⏹ 波前上每一个面元都可看成是新的振动中心，它们发出次波（频率与入射波相同）; ⏹ 在空间某一点P 的振动是所有这些次波在该点的相干迭加。
⏹ 是相干叠加→复振幅叠加 ⏹ 如图所示。
点光源S 在波面∑’ 上任一点Q 产生的复振幅为 ⏹ 式中，A 是离点光源单位距离处的振幅， ⏹ R 是波面∑’的半径。
⏹ 在Q 点处取面元d σ，面元发出的子波在P 点产生的复振幅与在面元上的复振幅 、面元大小和倾斜因子K(θ)成正比。
⏹ 面元d σ在P 点产生的复振幅可以表示为⏹ K(θ)表示子波的振幅随面元法线与QP 的夹角θ的变化。
（ θ称为衍射角） ⏹ c 为一常数,r=QP 。
⏹ 菲涅耳假设：当时θ=0 ，倾斜因子K 有最大值，随着增加θ↑ ，K 减小， ⏹ 当θ≥π/2时，K=0。
(基尔霍夫理论证明不正确)⏹ 对P 点产生作用的将是波面∑’中界于z z’范围内的波面∑上的面元发出的子波。
⏹ 则：⏹ 此即为惠更斯－菲涅耳原理的菲涅耳表达式，此关系式还可推广为（5－4）式， ⏹ 即⏹ 若： ⏹ 有： 2基尔霍夫衍射理论⏹ 基尔霍夫理论，只适用于标量波的衍射，故又称标量衍射理论。
3巴俾涅（Babinet ）原理 即两个互补屏单独产生的衍射场的复振幅之和等于没有屏时的复振幅。
在 的那些点，两个互补屏单独产生的强度相等。
菲涅耳衍射是普遍的，夫琅和费衍射是菲涅耳衍射的特例⏹ 基尔霍夫衍射公式的近似：⏹ 1.傍轴近似：入射光垂直孔径面 ⏹ 2.菲涅耳近似 ：S ()ikR RA E Q exp ~→= ()()()()σθd r ikr R ikR A cK P E d exp exp ~→= ()()()()⎰⎰∑=σθd rikr K R ikR A c P E exp exp ~ ()ikR RA E Q exp ~ =()()()()⎰⎰∑=σθd K rikr Q E c P E exp ~~ ()0P ~=E ()111,1z r K ≈=θ()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+=2121211211z y y x x z r⏹ 3.夫琅和费近似：⏹ 4.菲涅耳衍射公式：⏹ 5.夫琅和费衍射公式： ⏹ 即只有在很远距离上才能观察到夫琅和费衍射条纹，在实验室中很难实现。
《惠更斯原理》课件
对惠更斯原理的改进和推广
发展高阶惠更斯原理，考虑光在界面上的散射、 吸收和能量损失等因素。
将惠更斯原理与其他光学理论相结合，如几何光 学、波动光学和量子光学等。
探索惠更斯原理在新型光学材料和器件中的应用 ，如光子晶体、超材料和量子点等。
PART 05
惠更斯原理与现代科技
惠更斯原理在科技领域的应用
聚焦和成像。
02
干涉和衍射现象
光波在通过小孔、狭缝等障碍物时，会产生衍射现象；当两束或多束光
波相遇时，会产生干涉现象，这些现象都可以用惠更斯原理来解释。
03
全息摄影
全息摄影技术利用了惠更斯原理，通过记录并再现光波前的信息，实现
了三维图像的记录和再现。
水波的应用
波浪传播
惠更斯原理可以用来描述水波的传播规律，如波前的形状、波速 等。
地震波传播
地震波在地壳中传播时，也会表现出类似于水波和光波的干涉和衍 射现象，惠更斯原理可以用来解释地震波的传播规律。
波动方程
惠更斯原理是波动方程的基本原理之一，可以用来求解各种物理现象 中的波动问题，如弦振动、气体动力学等。
PART 04
惠更斯原理的局限性
惠更斯原理的假设条件
1
假设光在均匀介质中沿直线传播。
2
假设光在传播过程中不发生折射、反射或吸收。
3
假设光在界面上只发生反射或折射，不考虑其他 复杂现象。
惠更斯原理的局限性分析
对于非均匀介质或复 杂光学现象，惠更斯 原理可能无法给出准 确的描述。
在处理非线性光学现 象或量子光学现象时 ，惠更斯原理不再适 用。
在处理高阶光路或高 精度光学系统时，惠 更斯原理的误差可能 较大。
推动了光学和电磁波理论的进步
物理课件9.4惠更斯原理
仅适用于线性介质
惠更斯原理主要适用于线性介质，对于非线性介质，其应用受到 限制。
忽略波动性
惠更斯原理忽略了波的波动性，对于波动性较强的波，其预测结果 可能不准确。
无法处理反射和折射
惠更斯原理无法处理波在界面上的反射和折射现象，对于复杂波阵 面形状的预测存在局限。
惠更斯原理的发展方向
推广至非线性介质
02
波动理论基础知识
波动的基本概念
波动
波长
频率
振幅
物体振动产生的能量在 介质中传播的现象。
波动中相邻两个波峰或 波谷之间的距离。
单位时间内波动的次数 。
波动中振动的最大位移 量。
波动方程的建立
线性偏微分方程
描述波动现象的基本方程，表示波动在空间和时间上的变化 规律。
初始条件和边界条件
确定波动方程解的条件，包括波源、介质性质和边界约束等 。
波的传播特性
01
02
03
反射和折射
当波遇到不同介质时，部 分能量反射，部分能量折 射进入新介质。
干涉和衍射
当两个或多个波相遇时， 会产生干涉现象；波通过 障碍物时，绕过边缘产生 衍射现象。
多普勒效应
当波源或观察者移动时， 波的频率会发生变化。
03
惠更斯原理的应用
光的衍射现象
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍 物时，会绕过障碍物继续 传播的现象。
研究惠更斯原理在非线性介质中 的应用，提高其在非线性波传播
模拟中的精度。
考虑波动性的影响
将波动性因素纳入惠更斯原理的模 型中，以更准确地描述波的传播。
发展高阶近似方法
研究和发展高阶近似方法，以处理 复杂波阵面形状和波的散射问题。
惠更斯原理解释折射
惠更斯原理解释折射惠更斯原理是光的波动理论的基础，它对于解释光的传播和折射现象起着重要的作用。
折射是光线从一种介质射入另一种介质时由于介质的不同而改变传播方向的现象。
在解释折射现象时，惠更斯原理提供了一种简洁而准确的描述。
首先，我们来了解一下惠更斯原理的基本内容。
惠更斯原理是由17世纪的法国物理学家惠更斯提出的，它的核心思想是每个波前上的每一点都可以作为次波源，次波源发出的次波是在原来波前的基础上向前传播的。
这一思想在解释光的传播和折射现象时具有重要意义。
在折射现象中，当一束光线从一种介质射入另一种介质时，由于介质的光密度不同，光线的传播速度也不同，从而导致光线的传播方向发生改变。
根据惠更斯原理，我们可以通过构建次波源的方法来解释这一现象。
假设光线从空气射入水中，水的光密度大于空气，光速度减小。
在光线射入水中的过程中，我们可以将波前上的每一点都看作是次波源，这些次波源发出的次波在原来波前的基础上向前传播。
由于水的光密度大，光速度小，次波在水中的传播速度比在空气中慢，因此次波在水中的传播方向会发生改变，从而导致光线整体的传播方向也发生改变，这就是折射现象的基本原理。
通过惠更斯原理的解释，我们可以更好地理解折射现象的发生机制。
惠更斯原理提供了一种简洁而准确的描述方法，使我们能够通过波的波动性质来解释光的传播和折射现象。
这一理论不仅在光学领域有着重要的应用，也为我们理解光的传播提供了深刻的启示。
总之，惠更斯原理对于解释折射现象起着重要的作用。
通过构建次波源的方法，我们可以利用惠更斯原理来描述光线在不同介质中的传播和折射过程。
这一理论的提出为我们理解光的波动特性和折射现象提供了重要的思路，也为光学研究和应用提供了重要的理论基础。
通过深入学习和理解惠更斯原理，我们可以更好地认识光的本质和特性，为光学领域的发展和应用提供重要的理论支持。
惠更斯原理(波的反射和折射)
一.惠更斯原理
引言：
波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波 振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，如 果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界 面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等 都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现 象。在这种情况下，要通过求解波动方程来预言波 的行为就比较复杂了。惠更斯原理提供了一种定性 的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传 播方向等问题。
2015-6-19
三、用惠更斯原理解释波的反射现象
入射波的波面
入射波的波线
反射波的波线
反射波的波面
波的反射定律： 当波传到两种介质交界面发生反射时
（1）入射线、法线、反射线在同一平面内；
（2）入射线与反射线分居法线两侧； （3）反射角等于入射角； （4）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。
即时应用
甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2a， 距离墙均为 3a，当甲开了一枪后，乙在时间 t 后 听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为 ( C ) A．听不到 B．甲开枪 3t 后 3＋ 7 C．甲开枪 2t 后 D．甲开枪 t后 2
2015-6-19
三、用惠更斯原理解释波的折射现象
1. 折射现象
：
波在传播过程中，从一种介质进入另一种 介质时，波的传播方向发生偏折的现象。
2. 发生折射的原因： 不同介质中波的传播速度不同。
i A i
C
入射波的波面
r
折射波的波面
B
r
D
3. 折射定律：
（1）入射线、法线、折射线在同 一平面内； （2）入射线与折射线分居法线两 侧； （3）入射角正弦与折射角正弦之比等于波在第一种介质中传
惠更斯原理波的反射与折射资料课件
惠更斯在研究声波和光波的传播过程中，发现波前的任意点都可以视为新的子波 源，从而提出了这一原理。这一原理的提出为后来的波动理论研究奠定了基础。
02
波的反射原理
反射现象的定义
反射现象
当波遇到障碍物或界面时， 一部分能量会沿着原路径 返回的现象。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
相关领域的前沿研究
1 2 3
非线性波传播研究 非线性波传播是当前研究的热点领域之一，与惠 更斯原理的结合将有助于深入理解波在复杂介质 中的传播行为。
波动方程的求解方法研究 求解波动方程是研究波传播问题的关键，发展新 的求解方法将有助于提高理论模型的精度和可靠 性。
波与物质的相互作用研究 波与物质的相互作用是波传播过程中的重要现象， 研究这一现象有助于深入理解惠更斯原理的适用 条件和局限性。
总结词
惠更斯原理在电磁波传播中，可以应用于无线通信、 雷达、卫星通信等领域。
详细描述
电磁波在传播过程中遇到不同的介质或障碍物时，会 产生反射、折射和散射等现象。惠更斯原理可以用于 分析这些现象，帮助我们理解电磁波的传播特性和行 为。在无线通信和雷达系统中，惠更斯原理可以帮助 我们优化信号的传输和接收效果，提高通信质量和距 离。在卫星通信中，惠更斯原理也有着重要的应用， 例如在卫星信号的覆盖预测和地面站的设计中。
惠更斯原理波的反射与折射 资 料课件
CONTENTS
• 惠更斯原理概述 • 波的反射原理 • 波的折射原理 • 惠更斯原理在波的反射与折射
中的应用 • 惠更斯原理的挑战与未来发展
01
惠更斯原理概述
惠更斯原理定 义
惠更斯原理是指波在传播过程中，可以视为在波前任意一点 处形成子波源，子波源发出的波经过时间再向前传播，其后 任意时刻的波前由这些子波源的波包所确定。
惠更斯原理解释反射折射定律
惠更斯原理解释反射折射定律
惠更斯原理是描述波传播的一种原理，它可以用来解释光的反射和折射现象。
惠更斯原理的基本假设是，波传播时每个点上都可以看作是波源，每个波源都会发出一系列的波前（波阵面）。
波前可以看作是一系列等相位的点，它们表示了波的传播方向和速度。
在光的反射现象中，当一束光线照射到一个光滑的界面上时，按照惠更斯原理，可以认为光波是由无数个点波源组成的，这些波源在波前上振动，同时向前传播。
当波前达到界面时，每个波源都会成为新的波源，向各个方向传播新的波。
根据波动理论，波源和波的传播方向都会遵循迈克尔逊定律，即入射角等于反射角。
在光的折射现象中，当一束光线从一种介质传播到另一种介质时，惠更斯原理可以解释光线发生折射的过程。
按照惠更斯原理，光波在两种介质的交界面上的每个点可以看作是一个波源，它们向前发出新的波。
由于不同介质中光的传播速度不同，波源的振动频率保持不变，但传播速度改变，导致波前的形状发生变化。
根据波动理论，在介质边界上的波源会根据迈克尔逊定律发出新的波，使波前在新介质中以新的速度传播。
根据几何光学，根据斯涅尔定律，入射角、折射角和介质的折射率之
间满足一定的关系。
因此，惠更斯原理可以解释光的反射和折射定律，即入射角等于反射角以及根据斯涅尔定律，入射角、折射角和介质的折射率之间满足一定的关系。
18.3 惠更斯原理
i
媒质2 媒质 折射率n 折射率 2
7
A
•
•1 • 2 • E E C
i
第18章 波动
界面对波的折射
法线 D 媒质2 媒质 折射率n 折射率 2 媒质1 媒质 折射率n 折射率 1
12 第18章 波动
已知入射波的表达式,写反射波的表达式。 例1 已知入射波的表达式,写反射波的表达式。
ξ入 = Acos(ωt −kx + π/2) ( SI)
为参考点写反射波， 以b为参考点写反射波， b点的振动： 点的振动：
ρ1u1
o
ρ2u2
b
ξb入 = Acos(ωt −kl + π/2)
4 第18章 波动
水波通过窄缝时的衍射
5 第18章 波动
衍射： 衍射：尺度与波长相比
障 碍 物
广播和电视哪 个更容易收到? 个更容易收到?
更容易听到男的 还是女的说话的 声音？ 声音？
6
第18章 波动
亦适用于电磁波，非均匀和各向异性媒质； 亦适用于电磁波，非均匀和各向异性媒质； 解释衍射、反射、折射现象。 解释衍射、反射、折射现象。 2.用惠更斯作图法导出了光的反射定律与折射定律 2.用惠更斯作图法导出了光的反射定律与折射定律 历史上说明光是波动 • 作图步骤： 作图步骤： 界面对波 的反射 法线 媒质1 媒质 折射率n 折射率 1 B D
2 第18章 波动
惠更斯提出： 惠更斯提出：
(1) 行进中的波面上任意一点都 可看成是新的子波源； 可看成是新的子波源； (2) 所有子波源各自向外发出许 多子波； 多子波； 各个子波所形成的包络面， (3) 各个子波所形成的包络面，就 是原波面在一定时间内所传播 到的新波面。 到的新波面。 说明 若知某一时刻波 前，则可用几何方法 决定下一时刻波前。 决定下一时刻波前。
惠更斯原理
c
b
i i'
A
B v t A`
i i'
B`
a` c` b`
i` i
10
演 示
观察水波的折射
在水槽中放入一块厚玻 璃板，注意使它的一条边 不与波传来方向垂直。然 后加水，使水面高过玻璃 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。
11
由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A 点的到达C点，CD为进入另一种介质后的波面， 由于在不同介质中波速 不同，在这段时间内两条
波传播方向
t+ t
u t 平面波
球面波
4
用惠更斯原理确定下 一时刻平面波的波面
t +Δ t 时刻的波面
.
.
.
.
.
.
.
.
.
u Δt
子波波源
t 时刻的波面
5
用惠更斯原理确定 下一时刻球面波的波面
t +Δ t 时刻 的波面 uΔ t t 时刻 的波面
.
.. . . . ....
. . .
6
子波波源
波动中的几个概念 1.波面
波线 振动状态相同的各点组成的曲面。
波面
2.波线
波面 由波源发出的，指向波的传播方向 的射线为波线。与波面垂直
平面波
波线
球面波
3
二、惠更斯原理 1.介质中波动传播到的各点，都可看成发 射球面子波的子波源（点波源）。 2.以后的任意时刻这些子波的包络面就是 新的波面。
t 时刻波面 t+t时刻波面
. . .
三、波的衍射
利用惠更斯原理可解释波的衍射、反 射和折射。 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。
惠更斯原理解释波的衍射
惠更斯原理解释波的衍射
惠更斯原理是一种波动理论，它假定光波是由相互独立的粒子所组成的，当粒子通过介质时，粒子会受到介质中粒子的相互作用，从而使光波发生方向改变。
根据惠更斯原理，当光线从一种介质传播到另一种介质时，光线方向发生改变的原因是，光线在不同介质中的粒子相互作用不同，从而导致光线的传播方向发生改变。
惠更斯原理可以解释许多光学现象，如折射、反射、干涉和衍射等。
在反射过程中，惠更斯原理假定光线的反射是由于入射光线和反射光线在界面处发生相互作用，从而导致光线的方向发生改变。
在折射过程中，惠更斯原理假定光线从一种介质传播到另一种介质时，光线的方向发生改变是由于光线在不同介质中的粒子相互作用不同。
惠更斯原理还可以解释光的双折射现象。
光的双折射是指光线通过某些介质时，会发生两个相互垂直的折射光线。
惠更斯原理认为，这是由于介质的折射率随着光线的方向不同而发生变化，从而导致光线在通过介质时发生两个相互垂直的折射。
虽然惠更斯原理是一种有效的光学理论，但是它也有一些限制和注意事项。
首先，惠更斯原理假定光波是由相互独立的粒子所组成的，这个假定并不总是成立的。
其次，惠更斯原理不能解释光的所有现象，如光电效应和康普顿效应等。
此外，惠更斯原理也不能解释一些量子光学现象，如自发辐射和受激发射等。
总之，惠更斯原理是解释反射折射现象的一个重要原理，它假定光波是由相互独立的粒子所组成的，当光线从一种介质传播到另一种
介质时，光线的方向发生改变是由于光线在不同介质中的粒子相互作用不同。
虽然惠更斯原理不能解释所有的光学现象，但是它仍然是一个非常有用的光学理论，在许多光学现象的解释中都有广泛的应用。
5-(3)惠更斯原理、波的衍射
所以
sin i A3B3 u1
sin r AB u2
时刻 t
N
N
L
B
I
d
i 2d 3 d 3 i i
A B1 B2 B3
时刻 t+△t
15 – 8 多普勒效应
波旳折射
N
I i i' L
界面
rR
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
Ⅰ
A B1 B2 B3 Ⅱ
时刻 t
第十五章 机械波
1）折射线、入射线和界 面旳法线在同一平面内；
2）sin i u1 sin r u2
§5-3惠更斯原理 波旳衍射
引：开始研究波旳传播
一、惠更斯原理旳表述
惠更斯原理：介质中波动传播到旳各点都 能够看作是发射子波旳波源，而在其后旳 任意时刻，这些子波旳包络就是新旳波前。 （合用于机械波和电磁波） 1960Y
1二5、–对8现象多旳普解勒释效应
第十五章 机械波
1、从某时刻旳波阵面得到下一时刻旳波阵面
球面波 平面波
ut
R1
O
R2
125、解– 释8衍多射普现象勒效应
第十五章 机械波
衍射（绕射）：波动在传播过程中遇到障碍物时能绕过 障碍物旳边沿，在障碍物旳阴影区内继续传播旳现象。
水波经过狭缝后旳衍射
“室外讲话，墙外有耳”
15解–释：8 多普勒效应
第十五章 机械波
不足：不能解释波旳强度 分布和向前传播
用惠更斯原理证明.
N
N
I A B1 B2
rB r
B3 Ⅰ Ⅱ
r
R
时刻 t+△t
15 – 8 多普勒效应
第四节 惠更斯原理
令 Ar A0 （A0为离波源单位距离处波的振幅）
则球面简谐波的波函数为
y(r,t)
A0 r
cos[(t
r u
)
0
],
r0
球面波的振幅在介质不吸收的情况下,随 r 增大而减小。
P1 P2
P1
I1S1
1 2
A12 2Su
P2
I2S2
1 2
A22 2Su
A1 A2
平面波在介质不吸收的情况下, 振幅不变。
2. 球面波
通过两个球面的波的平均能流相等:
1 2
A12 2uS1
1 2
A22 2uS2
A12 4π r12 A22 4πr22
A1r1 A2r2
S2 S1
r1 r2
惠更斯原理
一、惠更斯原理
介质中波振面上的各点，都可看作是 发射子波的波源，其后的任一时刻这些子 波的包迹就是新的波前。
已知某一时刻波前，可用几何方法 决定下一时刻波前。
S2
S1
O
R1 R2
S1
S2
t t t
t
惠 更 斯 原 理 解 释 衍 射 现 象
二、惠更斯原理的应用
1. 平面波Байду номын сангаас
u
通过S1截面的能量也全部通过S2
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第十二章
第六节
名师一号· 新课标版· 物理· 选修3-4
巩固练习 2
某测量员是这样利用回声测距的：他站在
两平行峭壁间某一位置鸣枪， 经 1.00s 第 1 次听到回声， 又经 过 0.5s 再次听到回声，已知声速为 340m/s，则两峭壁间的距 离为多少米？
一、对惠更斯原理的理解 例1 下列说法正确的是( )
A．同一波面上的各质点振动情况完全相同 B．同一波面上质点的振动情况可能不同 C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D．无论怎样的波，波线始终垂直波面
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第六节
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解析
同一列波在不同介质中保持不变的是频率，由声
音在空气中传播的速率，由波速公式v＝fλ， 340 f＝v/λ＝ ＝340 Hz. 1 声音在海水中的传播速度v海＝λ海f＝4.5×340＝1530 m/s t 1 海水的深度h＝v海·＝1530× ×0.5＝382.5 (m.) 2 2
第十二章
第六节
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情景Байду номын сангаас置
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第六节
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我们对山崖或高墙大喊，我们会听到回声，当我们游览 海底世界时，有时会听到一些叫声，这是海中生物发出的叫 声传到了我们耳中，那么这些现象满足怎样的规律呢？
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三、波的反射、波的折射 1．波的反射，当波遇到障碍物时，会返回到原来的介 质中继续传播，这种现象叫做波的反射． 2．波传播到两种不同的可传播波的介质界面时，会有 一部分进入另一种介质，波线会发生变化，这种现象叫做波 的折射．
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解析
设两峭壁之间距离为s，测量员距某一峭壁的距
离为s1，离另一峭壁的距离为s2，则s1＋s2＝s，第一次听到 回声t1＝1.00s，第二次听到回声t2＝t1＋Δt＝1.50s，由此可知 vt1＋vt2 2s1＝vt1,2s2＝vt2，整理得s＝ ＝425 m. 2
答案
ABC
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二、波的反射现象与 v＝λf 的综合应用 例 2 某物体发出的声音在空气中的波长为 1m，波速为 340m/s，在海水中的波长为 4.5m，此物体在海面上发出的声 音经 0.5s 听到回声，则海水深为多少米？
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波面为球面的波叫做球面波，如下图①所示，波面为平 面的波叫做平面波，如下图②所示．
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解析
由惠更斯的理论可知，波面就是由振动状态相同
的点组成的面，故A选项正确，B选项错误；由于波在均匀 介质中各个方向的传播速度大小相等，所以一个点波源所形 成的波面是以波源为球心的一个个球面，C选项正确；波线 就是垂直波面向前的波的传播方向，故D选项正确．
答案
ACD
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2．波线：与波面垂直的线代表波的传播方向叫波线．如 上图中所示．
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二、惠更斯原理 惠更斯在1690年提出：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． 说明 线． 所谓包络面就是某时刻与子波的波面相切的曲
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如上图所示，以 O 为球心的球面波在时刻 t 的波面为 r， 按照惠更斯原理， r 面上每个点都是子波的波源， 设各个方向 的波速都是 v，在 Δt 时间之后各子波的波面如图中虚线所
课标解读
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1.知道什么是波面、波线，知道它们之间的关系． 2．知道什么是球面波，什么是平面波． 3．知道什么是波的反射及如何用惠更斯原理解释波的 反射现象． 4．知道什么是波的折射及如何用惠更斯原理解释波的 折射现象.
波在同一种介质中传播速度不变，折射波在不同介质中传 播，波速不同，波长不同.
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典例分析
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第十二章 机械波
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第六节
惠更斯原理
深化探究
典例分析
梯度练习
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深化探究
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一、波面和波线 1．波面：在波的传播过程中，介质中振动状态相同的 点组成的平面或曲面叫做波面． 例如：水面上某点有一振源，水波向四周传开，由于各 个方向的波速都是一样的，所以向四面八方传播的波峰(或 波谷)组成一个个的圆，这些圆就是波面．
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3．波的反射、折射现象中各量的变化 波发生反射现象时，波的频率不变，传播速度不变，波 长不变，波在同一介质中传播，方向发生改变． 当波发生折射时进入另一种介质的波，频率不变，波速 改变，波长改变，波的传播方向改变． 说明 波的频率由波源决定，波速由介质决定，故反射
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解析
惠更斯原理解释了波的传播方向上的问题，所以
能够解释波的反射现象和折射现象，故A选项正确．同样对 发生的波的衍射现象，惠更斯原理也可以解释波的衍射，但 不能解释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B选项正 确，D选项错误；由惠更斯原理可知，C选项正确．
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知识梳理图
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示，虚线圈的半径为vΔt，r′是这些子波波面的包络 面，它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置．可以看 出，新的波面仍是一个球，它与原来球面的半径之差为 vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离．与此类似，可用惠更斯 原理解释平面波的传播．(如下图)
第21页
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第十二章
第六节
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巩固练习1 关于惠更斯的理解，下列说法正确的是 ( ) A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象 B．惠更斯原理能够解释波的衍射 C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波 的波源 D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小 关系
答案 425 m
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梯度练习
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