§2.1-惠更斯-菲涅耳原理.ppt

物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 第2章 光的衍射 （ Diffraction of Light） 光的干涉是研究两列或两列以上光波的相互叠加问题。 光的衍射研究光波本身传播行为，它进一步揭示了光 的波动性的本质。 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 一切波动都能绕过障碍物向背后传播性质。 例如，户外的声波可绕过树木，墙壁等障碍物而传到室内，无线电波能够绕过楼房，高山等障碍物而传到收音机、电视里等。 波遇到障碍物时偏离原来直线传播方向的现象称为波的衍射。 光波在传播中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘而 偏离直线传播,在光场中形成明暗变化的光强分布的现象叫光的衍射。 一、光的衍射现象 屏幕E? a? S 光源 (b) b? 单缝K a b S 光源 (a) 屏幕E 光的直线传播 光的衍射现象 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 光的衍射现象 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 【结论】 1. 光在均匀的自由空间传播时，因光波波面未受到限制，则光沿直线传播。当遇到障碍物时，光波面受限，造成光强扩展，弥漫，分布不均匀，并偏离直线传播而出现衍射现象。 2.光波面受限越厉害，衍射图样扩展越显著。光波面在衍射屏上哪个方向受限，接受屏上的衍射图样就在哪个方向扩展。 3.衍射现象的出现与否，还决定于障碍物的线度和波长的相对大小，只有障碍物的线度和波长可以相比拟时，衍射现象才明显地表现出来。 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 2、惠更斯原理的表述 ①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； ②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。 ——“次波”假设。 3、惠更斯原理的图示如下： 二、惠更斯原理 1、波面——等相位点的轨迹 波前——波源前的任何一个曲面 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 惠更斯原理图示 S Σ1 Σ2 r r = vt1 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 4、惠更斯原理的成功与失败 ①可以解释光的直线传播、反射、折射和双折射现象； ② “子波”的概念能定性解释光的拐弯现象，但不能说明在不同方向上波的强度分布，即不能解释波的衍射。也不能解释波的干涉现象（未涉及波长等）； ③而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存在，而实际上倒退波是不存在的； ④原理描述粗糙、简单，缺乏定量描述。 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 三、惠更斯-菲涅耳原理 菲涅耳在惠更斯提出的子波假设基础上，又增添了两条： 1）提出了“子波相干叠加”的概念。 从同一波阵面上各点发出的子波，在传播过程中相遇时，也能相互叠加而产生干涉现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定。 2) 给出了子波的数学表达式。 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 波面 S 上每个面积元 dS 都可以看成新的波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点 P 的振动可以由 S 面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。 面积元 dS所发出的次波的振幅和相位符合以下四个假设： ① 所有次波都有相同的初相位（令?0 = 0) ② 次波是球面波 §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 ③ ④次波在P点处的相位落后于dS处振动的相位，落后的值为 ds子波源发出的子波在P点引起的振动为： 波阵面上所有dS 面元发出的子波在P点引起的合振动为: §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 菲 涅 耳 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 在实验中实现 夫琅禾费衍射 2.衍射现象的分类： §2.1 惠更斯-菲涅耳原理 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） * 物理学教程 （第二版） *