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第三次课： 3学时
1 题目： §10.7 惠更斯－费涅耳原理
§10.8 单缝衍射
§10.9 圆孔衍射 光学仪器的分辩本领
2 目的：
了解惠更斯－菲涅耳原理。理解单缝夫朗禾费衍射条纹的分布规律。理解光栅衍射公式。了解圆孔衍射和光学仪器分辨率。
一、引入课题：
光的衍射现象也能说明光的波动性。
二、讲授新课：
§10.7 惠更斯－费涅耳原理
一、光的衍射现象
当光通过较宽的狭缝时，在屏幕上映出单缝像，呈现为一宽带。这时可认为光是沿直线传播的。如果缩小单缝的宽度，当缝宽小到可以与波长相比拟(10-4m 数量级以下)时，在屏幕上出现的亮带虽然亮度降低，但宽度反而增大，甚至有一小部分光偏折到亮带的两侧，呈现明暗相间的条纹。这种现象称为光的衍射。 光的衍射：光在传播过程中，能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播，在光场中形成一定的光强分布的现象。
二、惠更斯 — 菲涅尔原理
1690年，惠更斯为了说明波在空间逐步传播的机制，提出了一种设想，后人称之为惠更斯原理。
1 惠更斯原理：
自点光源发出的光波以速度u 向前传播，t 时刻波前上
每个点都可视为是新的子波的波源，新的波阵面就是
在波阵面上作半径为ut 的诸级球面波的包络面。
用惠更斯原理解释光的衍射现象：
2 惠更斯－菲涅尔原理：
空间中任一点的振动，是所有这些子波波源发出的子波在该点的相干叠加。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理。
P
三、两种类型的衍射
菲涅尔衍射：
光源、屏与缝相距有限远
夫琅禾费衍射：
光源、屏与缝相距无限远
夫琅禾费衍射在实验中实现
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2020高中物理竞赛 江苏省苏州高级中学竞赛讲义 第十章波动光学 第三次课：3学时 1 题目：§10.7 惠更斯－费涅耳原理 §10.8 单缝衍射 §10.9 圆孔衍射光学仪器的分辩本领 2 目的： 了解惠更斯－菲涅耳原理。理解单缝夫朗禾费衍射条纹的分布规律。理解光栅衍射公式。了解圆孔衍射和光学仪器分辨率。 一、引入课题： 光的衍射现象也能说明光的波动性。 二、讲授新课： §10.7 惠更斯－费涅耳原理 一、光的衍射现象 当光通过较宽的狭缝时，在屏幕上映出单缝像，呈现为一宽带。这时可认为光是沿直线传播的。如果缩小单缝的宽度，当缝宽小到可以与波长相比拟(10-4m 数量级以下)时，在屏幕上出现的亮带虽然亮度降低，但宽度反而增大，甚至有一小部分光偏折到亮带的两侧，呈现明暗相间的条纹。这种现象称为光的衍射。光的衍射：光在传播过程中，能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播，在光场中形成一定的光强分布的现象。 二、惠更斯—菲涅尔原理 1690年，惠更斯为了说明波在空间逐步传播的机制，提出了一种设想，后人称之为惠更斯原理。
1 惠更斯原理： 自点光源发出的光波以速度u向前传播，t时刻波前上 每个点都可视为是新的子波的波源，新的波阵面就是 在波阵面上作半径为ut的诸级球面波的包络面。 用惠更斯原理解释光的衍射现象： 2 惠更斯－菲涅尔原理： 空间中任一点的振动，是所有这些子波波源发出的子波在该点的相干叠加。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理。 三、两种类型的衍射 菲涅尔衍射： 光源、屏与缝相距有限远夫琅禾费衍射： 光源、屏与缝相距无限远夫琅禾费衍射在实验中实现 P
2015-2016高中物理 第12章 第6节 惠更斯原理同步练习 新人教 版选修3-4 基础夯实 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．下列说法中正确的是( ) A ．水波是球面波 B ．声波是球面波 C ．只有横波才能形成球面波 D ．只有纵波才能形成球面波 答案：B 解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B 正确，C 、D 错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A 不正确。 2．在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为( ) A ．室内空气不流动 B ．室内声音多次反射 C ．室内声音发生折射 D ．室内物体会吸附声音 答案：B 解析：在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。 3．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5s 听到右边山坡反射回来的声音，又经过 1.5s 后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340m/s ，则这个山谷的宽度约为( ) A ．170m B ．340m C ．425m D ．680m 答案：B 解析：d ＝v ( t 1＋t 2 2 )＝340m 。 4．下列说法中不正确的是( ) A ．只有平面波的波面才与波线垂直 B ．任何波的波线与波面都相互垂直 C ．任何波的波线都表示波的传播方向 D ．有些波的波面表示波的传播方向 答案：AD 解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A 错误，选项B 正确，波线表示波的传播方向，选项C 正确，D 错误。 5．以下关于波的认识，正确的是( ) A ．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
【成才之路】2014-2015学年高中物理 第12章 第6节惠更斯 原理检测试题 新人教版选修3-4 基础夯实 一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题) 1．下列说法中正确的是( ) A ．水波是球面波 B ．声波是球面波 C ．只有横波才能形成球面波 D ．只有纵波才能形成球面波 答案：B 解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B 正确，C 、D 错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A 不正确。 2．一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( ) A ．声波频率不变，波长变小 B ．声波频率不变，波长变大 C ．声波频率变小，波长变大 D ．声波频率变大，波长不变 答案：B 解析：波在传播过程中频率不变，由λ＝v f 知水中波长大，故B 选项正确。 3．下列说法中不正确的是( ) A ．只有平面波的波面才与波线垂直 B ．任何波的波线与波面都相互垂直 C ．任何波的波线都表示波的传播方向 D ．有些波的波面表示波的传播方向 答案：AD 解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A 错误，选项B 正确，波线表示波的传播方向，选项C 正确，D 错误。 4．以下关于波的认识，正确的是( ) A ．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B ．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C ．雷达的工作原理是利用波的反射 D ．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
答案：ABCD 解析：A 、B 、C 选项中应用了波的反射现象；D 选项是波的折射现象， 深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变。 二、非选择题 5.人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的________提高耳的接收能力。 答案：反射 解析：在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力。 6．某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340m/s ，那么他至少要离障碍物多远？(原声与回声区分的最短时间为0.1 s) 答案：17m 解析：在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，只有声波从人所站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1 s 以上，人才能辨别出回声则应有 2s ＝vt ，可得他至少要离障碍物的距离为s ＝vt 2＝340×0.12 m ＝17m 。 7.我国第24次南极科考队经过长达13天，4000多海里航行，已安全到达中国南极长城站，在考察途中“雪龙号”(如图所示)经历了各种考验，并进行了海冰观测、地磁观测、气象观测、极光及高空物理观测，在海面上航行时，它还不时地探测海洋的深度，在它上面配有一种十分先进的声呐探测系统，其原理是：向海底发射超声波，超声波就会从海底反射回来，通过这种方式测海底深度，已知超声波在海水中认为是匀速直线运动，且知其速度为1400m/s ，船静止时测量，从发射超声波到接收反射所用的时间为7s ，试计算“雪龙号”所在位置的海水深度？ 答案：4900m 解析：超声波的运行可认为匀速直线运动，则传播距离为x ＝vt ＝1400×7m＝9800m ， 又因为海水深度为声波距离的一半，所以h ＝x 2＝98002 m ＝4900m 。
大学物理期末试卷(A) （2012年6月29日 9: 00-11: 30） 专业 ____组 学号 姓名 成绩 (闭卷) 一、 选择题（4０％） 1．对室温下定体摩尔热容m V C ,=2.5R 的理想气体，在等压膨胀情况下，系统对外所做的功与系统从外界吸收的热量之比W/Q 等于： 【 D 】 （A ） 1/3； (B)1/4； (C)2/5； (D)2/7 。 2. 如图所示，一定量的理想气体从体积V 1膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A B 等压过程; A C 等温过程; A D 绝热过程 . 其中吸热最多的 过程 【 A 】 (A) 是A B. (B) 是A C. (C) 是A D. (D) 既是A B,也是A C ,两者一样多. 3.用公式E =νC V T (式中C V 为定容摩尔热容量，ν为气体摩尔数)计算理想气体内能 增 量 时 ， 此 式 : 【 B 】 (A) 只适用于准静态的等容过程. (B) 只适用于一切等容过程. (C) 只适用于一切准静态过程. (D) 适用于一切始末态为平衡态的过程. 4气缸中有一定量的氦气(视为理想气体),经过绝热压缩,体积变为原来的一半,问气体 分 子 的 平 均 速 率 变 为 原 来 的 几 倍 ？ p V V 1 V 2 A B C D . 题2图
【 B 】 (A)2 2 / 5 (B)2 1 / 5 (C)2 1 / 3 (D) 2 2 / 3 5．根据热力学第二定律可知： 【 D 】 （A ）功可以全部转化为热, 但热不能全部转化为功。 （B ）热可以由高温物体传到低温物体，但不能由低温物体传到高温物体。 （C ）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。 （D ）一切自发过程都是不可逆。 6. 如图所示，用波长600=λnm 的单色光做杨氏双缝实验，在光屏P 处产生第五级明纹极大，现将折射率n =1.5的薄透明玻璃片盖在其中一条缝上，此时P 处变成中央 明纹极大的位置，则此玻璃片厚度为： 【 B 】 (A) 5.0×10-4 cm (B) 6.0×10-4cm (C) 7.0×10-4cm (D) 8.0×10-4cm 7．下列论述错误．．的是： 【 D 】 (A) 当波从波疏媒质( u 较小)向波密媒质(u 较大)传播，在界面上反射时，反射 波中产生半波损失，其实质是位相突变。 (B) 机械波相干加强与减弱的条件是：加强 π?2k =?；π?1)2k (+=?。 (C) 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，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面 (D) 真空中波长为500nm 绿光在折射率为1.5的介质中从A 点传播到B 点时，相位改变了5π，则光从A 点传到B 点经过的实际路程为1250nm 。 8. 在照相机镜头的玻璃片上均匀镀有一层折射率n 小于玻璃的介质薄膜，以增强某一波长 的透射光能量。假设光线垂直入射，则介质膜的最小厚度应为： 【 D 】 (A)/n λ (B)/2n λ (C)/3n λ (D)/4n λ P O 1 S 2 S 6. 题图
选 修3—4 一、知识网络 周期：g L T π2= 机械振动 简谐运动 物理量：振幅、周期、频率 运动规律 简谐运动图象 阻尼振动 受力特点 回复力：F= - kx 弹簧振子：F= - kx 单摆：x L mg F -= 受迫振动 共振 波的叠加 干涉 衍射 多普勒效应 特性 实例 声波，超声波及其应用 机械波 形成和传播特点 类型 横波 纵波 描述方法 波的图象 波的公式：vT =λ x=vt 电磁波 电磁波的发现：麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场→预言电磁波的存在 赫兹证实电磁波的存在 电磁振荡：周期性变化的电场能与磁场能周期性变化，周期和频率 电磁波的发射和接收 电磁波与信息化社会：电视、雷达等 电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、ν射线
二、考点解析 考点80 简谐运动 简谐运动的表达式和图象 要求：I 1）如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 简谐运动的回复力：即F = – kx 注意：其中x 都是相对平衡位置的位移。 区分：某一位置的位移（相对平衡位置）和某一过程的位移（相对起点） ⑴回复力始终指向平衡位置，始终与位移方向相反 ⑵―k ‖对一般的简谐运动，k 只是一个比例系数，而不能理解为劲度系数 ⑶F 回＝－kx 是证明物体是否做简谐运动的依据 2）简谐运动的表达式： ―x = A sin (ωt ＋φ)‖ 3）简谐运动的图象：描述振子离开平衡位置的位移随时间遵从正弦（余弦）函数的规律变化的，要求能将图象与恰当的模型对应分析。可根据简谐运动的图象的斜率判别速度的方向，注意在振幅处速度无方向。 A 、简谐运动（关于平衡位置）对称、相等 ①同一位置：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回复力、加速度大小相等、方向相同. ②对称点：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回复力、加速度大小相等、方向相反. 相对论简介 相对论的诞生：伽利略相对性原理 狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理；光速不变原理 时间和空间的相对性：“同时”的相对性 长度的相对性： 20)(1c v l l -= 时间间隔的相对性：2 )(1c v t -?=?τ 相对论的时空观 狭义相对论的其他结论：相对论速度变换公式：21c v u v u u '+'= 相对论质量： 2 )(1c v m m -= 质能方程2mc E = 广义相对论简介：广义相对性原理；等效原理 广义相对论的几个结论：物质的引力使光线弯曲 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
由惠更斯原理可以解释反射定律和折射定律，并给出n 的物理意义 两种媒质 媒质1、媒质2，这是两种媒质的分界面 一束平行光（光线为1、2、3〃〃〃〃n ）从媒质1射向媒质2，光线1、2、3〃〃〃n 分别交界面于A 1B 2B 3···B n 过A 1作平行光的波面，交光线于A 2A 3···A n 当光线1→到达A 1同时 光线2→到达A 2 光线3→到达A 3 光线n →到达A n 而光线2还要经 12 22V B A t = 时间才能到达B 2 光线3还要经 13 33V B A t = 时间才能到达B 3 …………………………………………… 光线n 还要经 V B A t n n n = 时间才能到达B n V 1为光波在媒质1中的波速，设在媒质2中波速为V 2 每条光线到达分界面上时，都同时发射两个次波。反射次波和折射次波 反射次波——向媒质1内发射反射次波 当光线n 到达B n 点时，A 1点发出的反射次波波面和透射次波波面分别是以V 1t n V 2t n 半径的半球面。 B 2点发出的反射次波波面和透射次波波面分别是以V 1（t n -t 2），V 2（t n -t 2）为半径的半球面。 光线 所有时间 到达点 反射波波面半径 透射波波面半径 1→A １ 0 A 1 V 1t n V 2t n 2→A 2 12 22V B A t = B 2 V 1(t n -t 2) V 2(t n -t 2)
3→A 3 13 33V B A t = → B 3 V 1(t n -t 3) V 2(t n -t 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n →A n V B A t n n n = → B n 0 0 这些次波面一个比一个小，直到B n 处缩成一个点。 按惠更斯原理： 这一时刻总扰动的波面是这些次波面的包络面 反射次波和透射次波总扰动的波面是这些次波的波面的包络面，且包络面是通过B n 点的平面。 设反射波总扰动的波面与各次波面相切于C 1C 2C 3···C n 透射波总扰动的波面与各次波面相切于D 1D 2D 3〃〃〃D n 连接次波源与切点，即得总扰动的波线 即反射光线A 1C 1 B 2C 2〃〃〃 透射光线A 1D 1 B 2D 2〃〃〃 （折射光线） 下面证明∵A 1C 1=A n B n A 1B n 公共 ∴RT ΔA 1C 1B n ≌RT ΔA 1A n B n ∴∠A n A 1B n =∠A 1B n C 1 又 ∴∠A n A 1B n =i 1 ,∠A 1B n C 1=i 11 ∴i 1=i 11 反射定律
12.6惠更斯原理 [探新知·基础练] 1．波面和波线 (1)波面：从波源出发的波，经过同一时间到达的各点所组成的面，如图所示。 (2)波线：用来表示波的传播方向的线，波线与各个波面总是垂直的。 说明：波面是球面的波为球面波，如空气中的声波。波面是平面的波为平面波。 2．惠更斯原理 (1)内容：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。 (2)包络面：某时刻与子波波面相切的曲面。 (3)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻波面的位置，从而可确定波的前进方向。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．用惠更斯原理可以解释波的传播方向问题。(√) 2．用惠更斯原理可以解释光的反射和折射现象。(√) 3．用惠更斯原理不可以解释波的衍射现象。(×) [释疑难·对点练] 1．对惠更斯原理的理解 (1)惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源。波源的频率与子波波源的频率相等。 (2)波线的指向表示波的传播方向。 (3)在各向同性的均匀介质中，波线恒与波面垂直。
(4)球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线。 (5)利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。 2．惠更斯原理的应用 (1)应用惠更斯原理解释波的衍射： - 1 - 如图甲所示，平面波到达挡板上的狭缝AB，按照惠更斯原理，波面上的每一点都可以看做子波的波源，位于狭缝的点也就是子波源。因此波可以到达挡板后的位置。这就是波的衍射现象。 (2)应用惠更斯原理解释波的反射： 惠更斯原理对波的反射的解释，如图乙中a、c、b是入射波的波线，a′、c′、b′是反射波的波线。过a的入射点A作与波线垂直的波面AB，在波面AB上找三点A、C、B作为子波BB′源，设波速为v，取时间间隔Δt＝；作Δt时间后子波源A、C发出的子波波面如图中小v 圆弧所示；画出子波波面的包络面A′B′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线a′、c′、b′，代表了反射波的波线。 (3)应用惠更斯原理解释波的折射现象： 当波由一种介质进入另一种介质时发生偏折的现象叫做波的折射。用惠更斯原理解释如 下：1由介质a首先于时刻t如图丙所示，一束平面波中的波线也到bt，波线a进入介质2后，又经过时间Δ到达界面。波线两点发出的子波的波面如图中两小段圆弧所C′A达界面。这时、之后的新的波面。由于是两种不同的介，这是波进入介质2A′B′示，它们的包络面为图中的前进的距离b这段时间内，两条波线a和、质，其中波的传播速度vv不一定相同，在Δt21也不一定相同。因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折。这是波的折射′和BBAA′现象。]
12. 6 惠更斯原理习题 基础夯实 1．下列说法中不正确的是() A．只有平面波的波面才与波线垂直 B．任何波的波线与波面都相互垂直 C．任何波的波线都表示波的传播方向 D．有些波的波面表示波的传播方向 答案：AD 解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A错误，选项B正确，波线表示波的传播方向，选项C正确，D错误。 2．下列说法中正确的是() A．水波是球面波 B．声波是球面波 C．只有横波才能形成球面波 D．只有纵波才能形成球面波 答案：B 解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B正确，C、D错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确。 3．(2012·聊城模拟)以下关于波的认识，正确的是() A．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C．雷达的工作原理是利用波的反射 D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象 答案：ABCD 解析：A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项是波的折射现象，深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变。 4．一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则() A．声波频率不变，波长变小 B．声波频率不变，波长变大 C．声波频率变小，波长变大 D．声波频率变大，波长不变 答案：B 解析：波在传播过程中频率不变，由λ＝v f知水中波长大，故B 选项正确。 5．人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的________提高耳的接收能力。 答案：反射 6．为什么在空房间里讲话感觉到声音特别响？ 解析：声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由
第六节衍射光学基础实验 实验一菲涅耳衍射实验 一、引言： 利用惠更斯原理，可以定性地从某时刻的已知波阵面位置求出后面另一时刻的波阵面位置。但惠更斯原理的子波假设不涉及子波的强度和相位，因而无法解释衍射图样中的光强分布。菲涅耳在惠更斯的子波假设基础上，提出了子波相干叠加的思想，从而建立了反映光的衍射规律的惠更斯－菲涅耳原理：波阵面前方空间某点处的光振动取决于到达该点的所有子波的相干叠加。在此原理的基础上，我们得到了菲涅耳衍射积分公式，并在不同近似下，归纳出在两类不同的衍射现象。菲涅耳衍射是光源—障碍物和障碍物—接收屏的距离中至少有一个是有限远的衍射。 二、实验目的： （1）观察和验证圆孔和单缝菲涅耳衍射现象 （2）改变衍射屏大小形状和距离，观察衍射变化的规律 （2）用所学知识对该现象进行解释 三、基本原理： 3.1 菲涅耳衍射的一般装置如图所示，其中S是点光源，K是开有某种形状孔径的衍射屏（或不透明屏），P是观察屏，且在距离衍射屏不太远的地方。（通常光源离衍射屏的距离都要比衍射屏上的孔径大得多，为简单起见可以认为光源发出的光波垂直照射在衍射屏上，即只要观察屏离衍射屏不远，也可以用平行光照明。） S/ 点合振幅的大小取决于露出的半波带数 由上式可知，对于圆孔中心和光源的直线S S/上的不同点所露出的半波带数目亦不相同，因而在这条直线上移动观察屏时会发现，某些点的光强最大，而另 不变时，改变圆孔半径ρ也会使考察点一些点的光强为最小。另一方面，R和R o 的光强度有明暗交替的变化。
3.2 在许多实验中，要求使用纯净的、无杂波的激光束，然而由于反射镜、扩束镜上的瑕疵、灰尘、油污，以及光束经过的空气中悬浮的微粒等，使扩束后的光场中存在许多衍射斑纹（相干噪声）。为了改善光场质量，使扩束后的激光具有平滑的光强分布，常采用空间滤波即针孔滤波的方法。 激光束近似具有高斯型振幅或光强分布，细激光束经过短聚焦的透镜聚焦后，根据傅立叶光学的原理，在透镜后焦面上出现输入光场的傅立叶变换谱，仍然是高斯分布。实际输入的光束为高斯型分布与噪声函数的叠加，而噪声函数中的高频成分一般很丰富，因而可以认为谱面上的噪声谱和信号谱是近似分离的，因此只要选择适当的针孔直径，就可以滤去噪声，获得平滑的高斯分布。也就是说，针孔只让激光束中的无干扰部分通过，起着低通滤波器的作用。它能限制光束的大小，消除扩束镜及其在扩束以前光束经过的光学元件所产生的高噪声。针孔滤波器一般是厚度为0.5mm 的铟钢片，它要用激光打孔的方法，制成5～30μm 的针孔。 针孔在使用时要放在扩束镜后焦面上的亮斑处。通常针孔和扩束镜安装在一个支架上，针孔的位置可用三个互相垂直的方向调节钮调节方向 前后调节 垂直调节 左右调节 图2 针孔滤波器示意图 针孔 杂散光
惠更斯原理 基础夯实 一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题) 1．下列说法中正确的是( B ) A ．水波是球面波 B ．声波是球面波 C ．只有横波才能形成球面波 D ．只有纵波才能形成球面波 解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B 正确，C 、D 错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A 不正确。 2．(2019·江西省新余一中高二下学期检测)在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为( B ) A ．室内空气不流动 B ．室内声音多次反射 C ．室内声音发生折射 D ．室内物体会吸附声音 解析：在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。 3．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s 听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s 后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s ，则这个山谷的宽度约为( B ) A ．170 m B ．340 m C ．425 m D ．680 m 解析：d ＝v (t 1＋t 2 2)＝340 m 。 4．同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线见如图，以下说法正确的是( A ) A ．声波在水中波长较大，b 是水中声波的波形曲线 B ．声波在空气中波长较大，b 是空气中声波的波形曲线 C ．水中质点振动频率较高，a 是水中声波的波形曲线 D ．空气中质点振动频率较高，a 是空气中声波的波形曲线 解析：波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故相同音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同。机械波在介质中传播的速度只取决于介质的性质。声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度，由v ＝λf 知，声波在水中的波长较大，对应于题图中波
2019-2020年高中物理 第12章 第6节 惠更斯原理同步练习 新人 教版选修3-4 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．下列说法中正确的是( ) A ．水波是球面波 B ．声波是球面波 C ．只有横波才能形成球面波 D ．只有纵波才能形成球面波 答案：B 解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B 正确，C 、D 错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A 不正确。 2．在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为( ) A ．室内空气不流动 B ．室内声音多次反射 C ．室内声音发生折射 D ．室内物体会吸附声音 答案：B 解析：在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。 3．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5s 听到右边山坡反射回来的声音，又经过 1.5s 后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340m/s ，则这个山谷的宽度约为( ) A ．170m B ．340m C ．425m D ．680m 答案：B 解析：d ＝v ( t 1＋t 2 2 )＝340m 。 4．下列说法中不正确的是( ) A ．只有平面波的波面才与波线垂直 B ．任何波的波线与波面都相互垂直 C ．任何波的波线都表示波的传播方向 D ．有些波的波面表示波的传播方向 答案：AD 解析：不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A 错误，选项B 正确，波线表示波的传播方向，选项C 正确，D 错误。 5．以下关于波的认识，正确的是( ) A ．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B ．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形
惠更斯原理 (40分钟) 1.下列说法正确的是() A.水波是球面波 B.声波是球面波 C.只有横波才能形成球面波 D.只有纵波才能形成球面波 解析：根据球面波的定义可知,若波面是球面则为球面波,与横波、纵波无关,由此可知选项B 正确,C、D错误;由于水波不能在三维空间中传播,所以它不是球面波,故选项A错误。 答案：B 2.下列现象属于声波反射现象的是() A.隔着墙能听到房间外面有人讲话 B.音响设备制作时要考虑混合效应 C.夏日的雷声有时轰鸣不绝 D.在水里的人能听到岸上的声音 答案：BC 3.下列说法正确的是() A.波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短 B.波发生反射时,频率、波长、波速均不变 C.波发生折射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化 D.波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化 解析：波发生反射时,在同一种介质中运动,因此波长、波速和频率不变;波发生折射时,频率不变,波速变,波长变。 答案：BC 4.下列说法正确的是() A.任何波的波线都表示波的传播方向 B.波面表示波的传播方向 C.只有横波才有波面 D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面 答案：AD
5. 右图是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象。已知波在介质Ⅰ、Ⅱ的波长之比为,波在介质Ⅰ中的波速为v1,波在介质Ⅱ中的波速为v2,则v1∶v2为() A.1∶ B.∶1 C. D. 解析：由v=λf得。 答案：C 6.导学号73884081甲、乙两人平行站在一堵墙前面,二人相距2a,距离墙均为a,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() A.听不到 B.甲开枪3t后 C.甲开枪2t后 D.甲开枪t后 解析：乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到 乙的耳中,故t=。甲、乙二人及墙的位置如图所示,乙 听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示,由几何关系可得AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间t'==2t。 答案：C 7.一木匠在房顶上用铁锤钉钉子,有一位过路者在观察,他看到锤子举到最高点时,也恰好听到敲打声,他抬手看了看手表,木匠敲了8下用4 s,他便很快估计出他到木匠的最小距离不小于85 m,设声速为340 m/s,木匠上举和向下放锤的时间相等,说说旁观者用的方法,写出他到木匠距离的表达式。 解析：由题意知木匠举锤的时间t= s=0.25 s,最短距离x=vt= × .25 m=85 m。而由于敲打的周期性,听到敲击声的时间跟锤子举到最高点之间的时间关系为t'=(2n+1) s,因而可能的距离x'=vt'=85(2n+1) m(n= , , ,…)。
光的衍射及其应用 摘要：光在传播的过程中能绕过障碍物边缘，偏离直线传播，而进入几何阴影，并出现光强分布不均匀的现象称为光的衍射。光波的波长比声波的波长短很多，这也是为什么人们最先意识到声波的衍射而往往把光波的衍射当成直线的传播，直到1814年，法国物理学家费涅尔注意到光在传播过程中，遇到障碍物，并且障碍物的线度和光的波长可以比拟时，就会出现偏离原来直线传播的路径，在障碍物背后本该出现阴影的地方出现亮纹，而在本该亮的地方出现暗纹的现象，才有了今天的光的衍射并加以研究。 关键词：费涅尔，惠更斯原理，惠更斯—费涅尔原理，柏松亮点，夫琅和费单缝衍射。 一、常见衍射实验的分析。 最常见的光的衍射实验就是单缝衍射和圆孔衍射两种。 单缝衍射即是用一束平行光射到单缝上，在紧贴单缝后放一面凸透镜，注意单缝要很窄，因为要保证光波的波长与狭缝的宽度可比拟，然后在透镜的焦点出放一白板，则可以看到明暗相间的的条纹。这就是光的衍射。 圆孔衍射就是将单缝换成圆孔，当然一样要保证圆孔的直径大小与光的波长可比拟，则可以在物板上看到中间是亮斑而周围是亮环的图形。 上面两个实验我们在高中的就接触过，但没有在单缝或是圆孔后面加一个透镜，而现在，将圆孔后的透镜移走，则可以看到明暗相间的同心圆。 而如果把圆孔换成圆板，当圆板的大小远远大于光的波长时，只能看见物屏上的圆形阴影，而渐渐减小圆环的大小，则可以在圆板大小与光波波长可比拟时看到“柏松亮点”，即在圆形阴影中心的亮点，而圆形的阴影周围是明暗相间的同心圆。 总结以上实验可知：光波在哪个方向受限制，就往哪个方向衍射；当障碍物的大小与光波的波长可比拟时，光的衍射现象最明显；光具有波动性（类比声波）。 如果说上述的实验是光的衍射实验的入门，那么夫琅和费单缝衍射则是光的衍射实验中最常见的仪器。它与之前用的仪器最大的不同就是光源和衍射场到物屏的距离都是无限远，听起来向无法实现似的，但这实质上只是想把入射的光线看成是平行光且在无限远处相干叠加兵形成衍射。其实验装置是一束平行光射在小圆孔s上，再经凸透镜变成，垂直于单缝的光线，光线射到单缝上，根据惠更斯—费涅尔原理，单缝上每一个点都是子波波源，发出衍射波，它们相干叠加形成明暗相间的衍射图样，也
双折射原理及应用 双折射（birefringence）是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。当光射入各向异性晶体(如方解石晶体)后，可以观察到有两束折射光，这种现象称为光的双折射现象。两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即o光和e光重合，在该方向o光和e光的折射率相等，光的传播速度相等。这个特殊的方向称为晶体的光轴。光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。晶体中某条光线与晶体的光轴所组成的平面称为该光线的主平面。o光的主平面，e光的光振动在e光的主平面内。 如何解释双折射呢？惠更斯有这样的解释。1．寻常光（o光）和非常光（e光）一束光线进入方解石晶体（碳酸钙的天然晶体）后，分裂成两束光能，它们沿不同方向折射，这现象称为双折射，这是由晶体的各向异性造成的。除立方系晶体（例如岩盐）外，光线进入一般晶体时，都将产生双折射现象。显然，晶体愈厚，射出的光束分得愈开。当改变入射角i时，o光恒遵守通常的折射定律，e光不符合折射定律。2．光轴及主平面。改变入射光的方向时，我们将发现，在方解石这类晶体内部有一确定的方向，光沿这个方向传播时，寻常光和非常光不再分开，不产生双折现象，这一方向称为晶体的光轴。
天然的方解石晶体，是六面棱体，有八个顶点，其中有两个特殊的顶点A和D，相交于A、D两点的棱边之间的夹角，各为102°的钝角．它的光轴方向可以这样来确定，从三个钝角相会合的任一顶点（A或D）引出一条直线，使它和晶体各邻边成等角，这一直线便是光轴方向。当然，在晶体内任何一条与上述光轴方向平行的直线都是光轴。晶体中仅具有一个光轴方向的，称为单轴晶体（例如方解石、石英等）。有些晶体具有两个光轴方向，称为双轴晶体（例如云母、硫磺等）。在晶体中，我们把包含光轴和任一已知光线所组成的平面称为晶体中该光线的主平面，就是o光的主平面；由e光和光轴所组成的平面，就是e光的主平面。 下面通过离子来说明。取一块冰洲石(方解石的一种，化学成分是CaCO3),放在一张有字的纸上，我们将看到双重的像。平常我们把一块厚玻璃砖在字纸上，我们只看到一个像，这个像好象比实际的物体浮起了一点，这是因为光的折射引起的，折射率越大，像浮起来的高度越大，我们可以看到，在冰洲石内的两个像浮起的高度是不同的，这表明，光在这种晶体内成了两束，它们的折射程度不同。这种现象叫做双折射。 下面我们通过一系列实验来说明双折射现象的特点和规律。 1、o光和e光： 如下图，让一束平等的自然光束正入射在冰洲石晶体的一个表面上，我们就会发现光束分解成两束。按照光的折射定律，正入射时光线不应偏折。而上述两束折射光中的一束确实在晶体中沿原方向传
第六节惠更斯原理 教学目标： （一）知识与技能 1.知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射 2.知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同 3.知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同 （二）过程与方法 培养学生对实验的观察、分析和归纳的能力。 （三）情感、态度与价值观 通过对现象的观察、解释、培养学生观察生活，探索知识的能力。 教学重难点： 惠更斯原理对波的反射和折射规律的解释 教学方法： 自学辅导法 教学用具： 实物投影仪，自制投影片，水波槽，长木板和厚玻璃板各一块 教学过程： （一）引入新课 ［放录像］一位演员在山中唱山歌，歌声缭绕不断。 ［提出问题］为什么会产生上述现象？ ［学生讨论分析］上述录像中：演员发出的声波传到山崖时，会返回来继续传播，使我们听到回声，这属于声波的反射现象。 那么：水波在传播过程中遇到障碍物时，能不能产生反射现象呢？ ［做演示实验，并通过实物投影仪投影］ 在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上。 a．让振动片开始振动，金属丝将周期性地触动水面，形成波源。 观察到的现象：在水面上从波源发出一列圆形水波。
b．在水槽中放一块长木板，让波源发出圆形波，观察水波遇到长木板后发生的现象。 观察到的现象：从波源发出的圆形波遇到长木板后，有一列圆形波从长木板反射回来。 教师：波的反射现象中遵循哪些规律呢？这节课我们就来学习有关的内容。 （二）新课教学 1、波面和波线 教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题： （1）什么是波面？什么是波线？ （2）对于水波和空间一点发出的球面波为例，如何 理解波面和波线？ 学生：阅读教材，思考问题。 ［投影］出示圆形波的照片。 介绍什么是波面和波线： （1）照片中的圆形是朝各个方向传播的波峰（或波谷）在同一时刻构成的，叫做波面。 （2）图中与各个波面垂直的线叫波线，用来表示波的传播方向。 2、惠更斯原理 教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题： （1）惠更斯原理的内容是什么？ （2）以球面波为例，应用惠更斯原理解释波的传播。 学生：阅读教材，思考问题。 3、波的反射 教师：引导学生阅读教材有关内容，体会用惠更斯原理对波的反射过程的解释。 学生：阅读教材。 教师：用多媒体出示右图。结合图形讲解、总 结： （1）入射波的波线与平面法线的夹角i叫做
第5节多普勒效应 第6节惠更斯原理 1.了解多普勒效应，并能运用多普勒效应解释一些物理现象． 2.知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理． 3．知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象，并能用惠更斯原理进行解释． 一、多普勒效应 1．多普勒效应：波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象． 2．多普勒效应产生的原因：当波源与观察者相对静止时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的，观察者观察到的频率等于波源振动的频率．当波源与观察者相向运动时，1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源与观察者互相远离时，观察到的频率变小． 二、惠更斯原理 1．波面和波线：在波的传播过程中，任何振动状态都相同的介质质点所组成的面叫波面，而与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线． 2．波的分类 (1)球面波：波面是球面的波，如空气中的声波． (2)平面波：波面是平面的波，如水波． 3．惠更斯原理：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． 三、波的反射和折射 1．反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． 2．折射现象：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象． 判一判(1)当波源和观察者向同一个方向运动时，一定发生多普勒效应．() (2)只有横波才能发生多普勒效应．() (3)只有声波才能发生多普勒效应．() (4)波面一定与波线垂直．() (5)波面一定是平面．() (6)波的传播方向与波面平行．() (7)用惠更斯原理能够解释波的衍射现象与障碍物大小的关系．()
光的介绍 狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X 射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。 光学的发展简史 光学是一门有悠久历史的学科，它的发展史可追溯到2000多年前。 人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”之类问题。约在公元前400多年(先秦的代)，中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。 自《墨经)开始，公元11世纪阿拉伯人伊本·海赛木发明透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定律。 1665年，牛顿进行太阳光的实验，它把太阳光分解成简单的组成部分，这些成分形成一个颜色按一定顺序排列的光分布——光谱。它使人们第一次接触到光的客观的和定量的特征，各单色光在空间上的分离是由光的本性决定的。 牛顿还发现了把曲率半径很大的凸透镜放在光学平玻璃板上，当用白光照射时，则见透镜与玻璃平板接触处出现一组彩色的同心环状条纹；当用某一单色光照射时，则出现一组明暗相间的同心环条纹，后人把这种现象称牛顿环。借助这种现象可以用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。 牛顿在发现这些重要现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流。微粒从光源飞出来，在均匀媒质内遵从力学定律作等速直线运动。牛顿用这种观点对折射和反射现象作了解释。 惠更斯是光的微粒说的反对者，他创立了光的波动说。提出“光同声一样，是以球形波面传播的”。并且指出光振动所达到的每一点，都可视为次波的振动中心、次波的包络面为传播波的波阵面(波前)。在整个18世纪中，光的微粒流理论和光的波动理论都被粗略地提了出来，但都不很完整。 19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。 在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。为了解释这些现象，菲涅耳假定光是一种在连续媒质(以太)中传播的横波。为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想象的。 1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。 1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888年为赫兹的实验证实。 然而，这样的理论还不能说明能产生象光这样高的频率的电振子的性质，也不能解释光的色散现象。到了1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解
习题与思考题（张明学主编,地震勘探原理与解释,石油工业 出版社,2010.08） 前言 《地震勘探原理与解释》是为资源勘查工程等非地球物理勘探专业编写的本科生通用教材。在剖析了国外及国内各院校所编相关教材特点的基础上，编写小组广泛开展了国内外文献、专著及科研成果的调查研究，结合20世纪90年代以来培养大学生、研究生的教学经验，建立新的教材体系，拟定了新的编写大纲。编者在多年教学和科研实践的基础上，结合当前地震勘探的现状和发展及石油工业生产与科研的需求，编写了此教材，它适用学时数约为48～64学时。 本教材主要介绍关于地震波的运动学和动力学的基本概念、基本原理及地震资料的地质解释与应用。本教材具有以下特点： (1)结构合理，深入浅出，通俗易懂，便于学生掌握； (2)教材内容覆盖面广，讨论了地震勘探的基本概念、原理和方法； (3)重点突出，根据资源勘查工程专业的特点，在必要的数学推导的基础上注重其在专业中的应用，并去掉了一些繁琐的公式推导； (4)重点突出了如何利用地震资料解释有关石?由勘探中的地质构造、地层岩性以及可能 的油气储层的说明。 随着世界油气勘探的进展，石油工业形势日趋严峻，地质、地理条件较好的易找油气田越来越少，勘探难度日益增大，世界剩余石油可采储量及总可采资源量均呈下降趋势。这种勘探形势迫使油气勘探理论和技术必须有巨大进展，才能适应世界油气勘探的持续发展。因此，本书增加了地震勘探新方法、新技术，使读者对地震勘探的发展动态有较全面的了解。使用本教材时，可针对教学对象和课程学时安排适当选择讲授内容。 本教材由东北石油大学张明学任主编，中国石油大学(北京)宋炜、西安石油大学苏海、东北石油大学胡玉双任副主编。编写人员分工如下：张明学编写前言、绪论、第一章、第六章；胡玉双编写第二章、每章习题与思考题；苏海编写第三章；宋炜编写第四章、第五章；胡玉双和长江大学杨飞共同编写第七章。 在本书编写过程中，得到了东北石油大学勘查技术与工程专业和长江大学相关同仁以及石油工业出版社的热情帮助，编者在此深表谢意。 限于编写者水平，书中会存在不少问题，欢迎广大读者批评指正。 编者 2010年5月张明学主编,地震勘探原理与解释,石油工业出版社,2010.08,第1页