用惠更斯原理解释波的衍射现象
惠更斯原理是由19世纪德国数学家霍因斯·惠更斯发现的一种物质粒子在其表面上衍射现象的定律。这种衍射现象可以用来描述有限空间内某种粒子或波在另一个空间内的反射。这种现象可以通过偿还及显示以描述。下面将分析惠更斯原理所解释的波效应。
惠更斯原理解释波的衍射现象主要基于以下几点：
首先，水波通过某一地形时，会折射、反射和衍射等多重行为。其次，对于某一地形，产生的衍射现象取决于其尺寸、形状以及波与地形的关系。最后，当地形足够小时，衍射现象会变得更加明显，变成光束散射原理所描述的像。
综上，惠更斯原理用于解释波的衍射现象，侧重分析有限空间内产生的衍射现象，涉及波与其表面尺寸、形状、波与表面关系等多重因素。当地形足够小时，衍射现象会表现为像，而更大的地形会出现分散的衍射现象。因此，惠更斯原理用于解释波的衍射现象具有非常重要的理论意义。
第十七章 光的衍射 §17－1 光的衍射现象 惠更斯原理 一． 光的衍射现象 衍射条件：d ~λ（障碍物线度） 对于光波：λ很小，不易观察到衍射现象。 1． 现象：当障碍物的线度与光波波长λ可比拟时，光线偏离直进路线，进入几何暗影区， 并形成明暗相间的条纹的现象。 2． 分类： ①菲涅尔衍射：光源和所考察的点到障碍物间的距离为有限远时的衍射； ②夫琅和费衍射：光源和所考察的点到障碍物间的距离为无限远或相当于无限远时的衍 射。 二． 惠更斯－菲涅尔原理 1． 惠更斯原理：子波假设 某一时刻，波阵面上各点所产生的子波的包络面就决定后一时刻新的波阵面。 解决的主要问题：波的传播方向问题； 未解决的问题：波的强度、后退波的问题 2． 惠更斯－菲涅尔原理：子波干涉 从同一波阵面上各点所发出的子波，经传播在空间各点相遇时，也可以互相叠加而产生干涉现象。 如图，S 为某一时刻的波阵面，dS 为子波波源，P 为考察点；dS 在P 点引起的光振动的振幅为0dE ， 菲涅尔假设： 0200=→≥∝∝)(k )(k dE r dS dE {θπ θθ倾斜因子 )(k r dS C dE )(k r dS dE θθ=?∝ 00 所以，任一时刻的光振动： )r T t (cos )(k r dS C )r T t ( cos dE dE λ πθλπ-=-=220 整个S 在P 点的 )]r T t (cos[dS r )(Ck dE E S S λ πθ-==? ?2━━━菲涅尔公式 除简单情况外，上式的积分运算相当复杂，即：
衍射现象是一种综合、复杂的干涉现象！ 处理实际问题时用分带法或振幅矢量法较为简单。 2E I ∝, ,)(k ,02 =≥ θπ θ 1882年从数学上证明成立。 §17－2 夫琅和费单缝衍射 一． 实验装置 二． 实验现象 E 上出现明暗相间的条纹，中央明纹宽、亮… 三． 理论解释━━菲涅尔半波带法 1． 中央明纹：P 0点，同相位，0=δ，干涉加强，条纹与缝面平行； 2． 明暗纹公式：P 点 ) ,,k () k () ,,k (k { sin a AC AB 3212 123212 2=+±=±===明暗条纹λ λ ?δ 3． 明暗纹的位置 ) ,,k (a f ) k () ,,k (f a k { sin f tg f x 321212321=+±=± =≈=明暗条纹λλ?? 中央明纹宽度：a f l λ20=, 相邻（明）暗纹间距：2 l a f l == λ 可见： ① 中央明纹宽度约为其它明（暗）纹宽度的2倍； ② 若f ,λ一定，a 越小，k x 越大，衍射越明显； ③ 若f ,a 已知，可通过测l 或0l 求λ； ④ 若f ,a 一定，λ∝k x ，若白光入射，则中央明纹白色，两侧明纹为由紫到红的彩条 带； ⑤ 若0→>>?λ,a ，光满足直进原理。 4． 光强分布 说明：用菲涅尔半波带法得到的结果，与用惠更斯－菲涅尔原理计算的结果比较，稍有偏差（P.124表17－1）；而光强分布则只有用惠更斯－菲涅尔原理计算了。 四． 理论计算: P.124－P.127 小字部分，有兴趣者可看。
光的衍射基本概念、规律1.光的衍射 光在传播路径中，遇到不透 明或透明的障碍物，绕过障碍 物，产生偏离直线传播的现象 称为光的衍射。 光的衍射图样 2.惠更斯－菲涅尔原理
惠更斯提出，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。惠更斯－菲涅尔原理能定性地描述衍射现象中光的传播问题。 菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点P的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加，称为惠更斯－菲涅尔原理。 3.衍射的类型 （1）菲涅尔衍射：光源和观察点距障 碍物为有限远的衍射称为菲涅尔衍射。 （2）夫琅和费衍射：光源和观察点距 障碍物为无限远，即平行光的衍射为夫琅 和费衍射。 ※特别强调 干涉是有限多束光（分离的）相干叠 加，衍射是波阵面上无限多子波连续的相 干叠加，这种计算对于菲涅尔衍射相当复 杂，而对于夫琅和费衍射则比较简单，主要讨论夫琅和费衍射。 4.夫琅和费衍射
（1）单缝衍射 用半波带法处理衍射问题，可以避免复杂的计算，缺点是精确度不够。 把单缝处的波面分割成等宽的平行窄带，是分得的相邻两条窄带上的对应点发出的沿θ方向的子波光线的光程差为λ/2，则这样分得的窄带称为半波带，提醒注意：分割的是波面。 单色光垂直入射，当单缝恰好被分成了偶数歌半波带，即单缝上下边缘衍射角为θ的两条子波光线的光程差Δ＝asinθ 等于半波长的偶数倍。在该点出现光极小。 衍射暗纹中心位置： 当单缝恰好分成奇数个半波带，Δ＝asinθ半波长的奇数倍。此方向上偶数个半波带相干抵消，剩下一个半波带未被抵消，在该点产生“次最大”。可见，波面被分成的半波带数越多，每个半波带的面积也就越小，对该点光强贡献也就越小。所以θ角越大，“次最大”也就越小。 衍射亮纹中心位置： 波阵面上个子波的光线到达θ为零处的光程相同，即光程差为零，则合振动在该点产生”主极大“，中央主极大中心位置： 衍射条纹：平行于单缝的一组直条纹，中央明纹最亮，而且宽度是其他明纹的两倍。 中央明纹的角宽度： 光强分布：
7光的衍射 7.1惠更斯—菲涅耳原理 1. 根据惠更斯－菲涅耳原理，假设光在某时刻的波阵面为S ，那么S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 (A) 振动振幅之和． (B) 光强之和． (C) 振动振幅之和的平方． (D) 振动的相干叠加． 答案：(D) 参考解答： 惠更斯原理可以定性说明波遇到障碍物时为什么会拐弯，但是它不能解释拐弯之后波的强度的重新分布〔对光而言，表现为出现明暗相间的衍射条纹〕现象。在杨氏双缝干预实验的启发下，注意到干预可导致波的能量出现重新分布，法国物理学家菲涅耳认为：同一波阵面上发出的子波是彼此相干的，它们在空间相遇以后发生相干迭加，使得波的强度出现重新分布，由此而形成屏上观察到的衍射图样。这一经 “子波相干叠加〞思想补充开展后的惠更斯原理，称为惠更斯－菲涅耳原理。 对所有选择，均给出参考解答，进入下一步的讨论。 2. 衍射的本质是什么？干预和衍射有什么区别和联络？ 参考解答： 根据惠更斯-菲涅耳原理，衍射就是衍射物所发光的波阵面上各子波在空间场点的相干叠加，所以衍射的本质就是干预，其结果是引起光场强度的重新分布，形成稳定的图样。 干预和衍射的区别主要表达在参与叠加的光束不同，干预是有限光束的相干叠加，衍射是无穷多子波的相干叠加。 7.2单缝衍射 1. 在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 (A) 对应的衍射角变小． (B) 对应的衍射角变大． (C) 对应的衍射角也不变． (D) 光强也不变． 答案：(B) 参考解答： 根据半波带法讨论的结果，单缝衍射明纹的角位置由下式确定， ,2 )12(sin λθ+±=k a 即...)3,2,1(2)12(sin =+±=k a k λ θ .显然对于给定的入射单色光，当缝宽度a 变小时，各级衍射条纹对应的衍射角变大。 对所有选择，均给出参考解答，进入下一步的讨论。
波的衍射，干涉，惠更斯原理，多普勒效应 【知识点一】波的衍射 1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．凡能发生衍射现象的都是波． 2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，波长较长的波容易发生明显的衍射现象． 3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况． 【知识点二】波的干涉 1．波的独立传播特性 两列波相遇后，每列波将保持各自原来的波形继续向前传播，互相不会发生干扰． 如图甲、乙所示，在同一直线上，向右传播的波1和向左传播的波2，相遇以后，各自还是按照相遇前的波速、振幅、频率，继续沿着各自的方向传播，不会因为相遇而发生任何变化，也就是说相互不会因相遇而发生干扰．2．对波的干涉现象的理解 (1)波的叠加是无需条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加． (2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列波的频率相同、相位差恒定，如果两列波的频率不相等，在相遇的区域里不同时刻各质点叠加的结果都不相同，看不到稳定的干涉图样． (3)明显的干涉图样和稳定的干涉图样意义是不同的，明显的干涉图样除了满足相干条件外，还必须满足两列波振幅差别不大．振幅越是接近，干涉图样越明显． (4)振动加强的点和振动减弱的点始终以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅可为0)，但其位移随时间发生变化． (5)振动加强的点的振动总是加强，但并不是始终处于波峰或波谷，它们都
在平衡位置附近振动，有的时刻位移为零． (6)振动减弱的点的振动始终减弱，位移的大小始终等于两列波分别引起位移的大小之差，振幅为两列波的振幅之差．如果两列波的振幅相同，则振动减弱点总是处于静止状态，并不振动． 3．干涉图样及其特征 (1)干涉图样：如图所示． (2)特征： ①加强区和减弱区的位置固定不变． ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)． ③加强区与减弱区互相间隔． 【知识点三】多普勒效应 1．多普勒效应的成因 发生多普勒效应时，一定是由于波源与观察者之间发生了相对运动． 2．相对位置变化与频率的关系(规律)
惠更斯原理解释衍射 惠更斯原理是描述波动现象中衍射现象的一种基本原理。衍射是波动现象中的特有现象，描述的是波与障碍物或孔径的相互作用过程中的传播特性。下面将从最基本的波动模型和惠更斯原理出发，详细解释衍射现象的发生及其原因。 首先，我们来了解一下波动现象中的基本模型。波动现象可以使用波动方程来描述，其中最基本的波动方程就是三维空间中的波动方程。对于一维情况下的波动，波动方程可以简化为一维波动方程： ∂²u/∂t²= c²∂²u/∂x² 其中，u(x,t)表示波幅的分布，c表示波速，x表示空间坐标，t表示时间。以上方程描述了波动在时空中传播的规律。 在波动现象中，惠更斯原理是解释波通过障碍物或孔径传播后形成衍射的一种基本原理。惠更斯原理的核心思想是，波通过某一点后，每个点都可以看作是一个次波源，次波源发出的波以原波的波前为基准继续传播。 对于障碍物上的波动衍射现象，可以通过以下步骤进行解释。假设有一个平面波垂直照射到一个波长远大于障碍物尺寸的障碍物上。根据惠更斯原理，波通过障碍物上每个点后，各个点都可以看作是次波源。这样，在障碍物后方可以看到波阻塞部分的背后出现了新的波源。
具体通过惠更斯原理进行推导。在波阻塞区域的每个点都可以看作是一个次波源。这些次波源发出的波以波阻塞区域的波前（即原波的波前）为基准继续传播。在波传播过程中，不同次波源发出的波相位存在差异，当波阻塞区域的尺寸大于波长时，波的传播过程会导致相干干涉现象的产生。具体而言，当障碍物上不同点的次波源相对于某一特定观测点的相位差达到整数倍时，这些次波源的波振幅将相长干涉，使得观测点的波幅增强；当次波源的相位差为奇数倍时，这些次波源的波振幅将相消干涉，使得观测点的波幅减弱或干脆消失。 相干干涉的结果，就是障碍物后形成的衍射现象。通过惠更斯原理的推导，可以得到经典的夫琅禾费衍射公式，用于计算衍射波的幅度分布。夫琅禾费衍射公式可以用来解释从一个狭缝或者一个光阑上发出的波的传播特性。 在绕射现象中，光通过狭缝或者孔径后会发生弯曲，即传统的几何光学中所描述的直线传播效应无法预测地形成了局部的偏离。这是因为在波动光学中，波面在通过狭缝或者孔径后会发生弯曲，这种弯曲就是衍射现象。 总结来说，惠更斯原理对波的传播进行解释，每个点都可以看作是次波源。障碍物或者孔径对波传播过程中产生的相位差导致相干干涉，形成了衍射现象。惠更斯原理的应用使我们能够理解光线如何避开障碍物，绕射到背后的区域，为我们认识光的传播提供了基础。衍射现象的研究在物理学、光学等领域有着广泛的应
一.填空题 1.1 波面是指波在传播时（同位相 ）点的集合，这些点的轨迹是一个（等相面）面。 1.2 惠更斯原理是指：任何时刻波面上的每一点都作为（次波）的波源,各自发出（球面） 次波,在以后的任何时刻,所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的（新波面）。 1.3 惠更斯引入（子波 ）的概念提出了惠更斯原理，菲涅耳再用（子波干涉 ）的思想补 充了惠更斯原理，发展成了惠更斯－菲涅耳原理。 1.4 爱里班的半角宽度是（D λ=θ?22.1 ）。 1.5 一远处点光源的光照射在小圆孔上,并通过圆孔后紧靠孔的会聚透镜,在透镜焦面上,将 不是出现光源的几何象点,而是一个衍射斑,衍射斑对小孔中心展开的角大小与（入射光 波长）成正比，与（ 圆孔直径（或半径） ）成反比。 1.6 光栅衍射强度分布受到（ 单缝衍射 ）和（缝间干涉 ）的共同作用。 1.7 光栅衍射图样是（单缝衍射 ）和（ 缝间干涉 ）的总效果。 1.8 光栅衍射中，光栅常数为d ，缝数为N ，相邻两个主最大之间有(N-1 )个最小和 （ N-2 ）个次极大。 1.9 通过衍射光栅观察到的衍射花样，主最大的位置与缝数N （无关）；但他们的宽度随N 的增大而（ 减小 ），其强度正比于（ N 2 ），而相邻主最大之间有（ N-1 ） 条暗纹和（ N-2 ）个次极大。 1.10 光栅方程为（λ=θk sin d 或者λ=α±θk d sin sin d ）。 1.11 平行单色光垂直入射在缝宽为a=0.15 mm 的单缝上，缝后有焦距为f=400 mm 的凸透 镜，在其焦平面上放置观察屏幕，现测得屏幕上中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之 间的距离为8 mm ，则入射光的波长为λ=（ 500nm ）。 1.12 一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅， 用平行钠光束（λ=589nm ）与光栅平面法线 成30?角入射，在屏幕上最多能看到第（ 5 ）级光谱。 1.13 若在某单色光的光栅光谱中第三级谱线是缺级，则光栅常数与缝宽之比（a+b ）/a 的各 种可能的数值为（ 3 ） 1.14 在透光缝数为N 的平面光栅的衍射实验中,中央主极大的光强是单缝衍射中央主极大光 强的（N 2 ）倍,通过N 个缝的总能量是通过单缝的总能量的（ N ）倍。 1.15 一远处点光源的光, 照射在小圆孔上,并通过圆孔后紧靠孔的会聚透镜,在透镜焦面上,将 不是出现光源的几何象点,而是一个衍射斑,衍射斑对小孔中心展开的角大小与（ 照射光 波长 ）成正比与（ 圆孔的直径或半径）成反比。 1.16 惠更斯—菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元所发出的子波在观察点P 的 （ 干涉或答相干叠加 ），决定了P 点的合震动及光强。 1.17 在单缝夫琅和费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光(λ≈589nm)的中央 明纹宽度为4.0mm ，则λ=442nm 的蓝紫色光的中央明纹宽度为（3.0mm ）。
惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象 近代物理学发展到七十年代，“波”这项概念以及其相关原理成 为研究者们新兴的话题。波的衍射现象的出现也催生了许多实验者们致力于解释它的理论。如今，其中最有名的一个理论应该就是惠更斯原理了。 惠更斯原理是根据力学中的“反射”原理来推导出的，原理最早由法国科学家路易惠更斯（Louis-Philippe de Huygens）提出。简 单来说，惠更斯原理认为，每个波对象上的每个点都可以发出相同大小的圆锥型波，波面聚集入口处，而尖端按比例分布于入口处。这样，当波面向一个固定方向反射时，不同部分的波浪都经历过不同的延迟，最终合并到一起，形成衍射现象。而惠更斯原理帮助科学家们很好地解释了波的衍射现象，这是物理研究的一大重要发明。 惠更斯原理的发现更多的是由实验得出的结果，而不是经过理性的演绎，因此，也有其他的研究者也提出了跟惠更斯原理相近的理论，比如贝贝尔（F.R.M.Bopp）首先提出的反射原理，以及马德可 （J.F.Mendelsohn）提出的半波原理。综上所述，惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象，它已经成为现代物理学的一个重要概念。 大体上，惠更斯原理的理论和实验都有显著的成果。首先，它可以精确地解释波的衍射现象，可以很好地解释许多实验。其次，它还可以解释多种实验现象，包括衍射、干涉、激发态和反射现象。这一原理也应用于电磁学、热力学和声学等方面，使物理研究有了非常重要的突破。
本文介绍了惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象。惠更斯原理可以从力学的“反射”理论出发，解释波的衍射现象。它可以精确地解释波的衍射现象，可以很好地解释许多实验，也可以解释多种实验现象，并且应用于电磁学、热力学和声学等方面。可以说，惠更斯原理的研究已经给现代物理学研究带来了非常重要的发展。
惠更斯光的波动说 引言 惠更斯光的波动说是光学领域的一项重要理论，由法国物理学家克里斯多夫·惠更斯于18世纪末提出。该理论基于波动的性质，揭示了光的传播方式以及折射、干涉、衍射等现象。本文将详细介绍惠更斯光的波动说的背景、基本原理以及在光学中的应用。 背景 在惠更斯之前，人们对于光的传播方式存在着两种主要观点，即粒子说和波动说。粒子说认为光是由许多微小粒子组成，而波动说则认为光是一种波动现象。牛顿的撞击说支持粒子说的观点，而胡克等人对波动说提供了支持。然而，这两种观点都无法解释光的传播现象和干涉效应，因此需要一个更全面的理论来解释这些现象。 光的波动性 根据惠更斯的波动说，光是一种横波，通过介质传播。光的波动性可以通过干涉和衍射现象来证明。干涉是指两个或多个波的相遇产生的干涉图样，常见的干涉现象有杨氏实验和干涉条纹的产生。衍射是指光波通过孔洞或物体边缘时发生的弯曲现象，常见的衍射现象有单缝衍射和双缝衍射。 惠更斯原理 惠更斯光的波动说的核心原理是惠更斯原理。惠更斯原理认为，在光传播过程中，每个点都可以看作是一个次波源，次波源发出的波将在后续的传播过程中与其他波相遇，并通过叠加形成新的波面。这一原理可以解释光的传播和干涉现象。 折射和惠更斯原理 惠更斯的波动说对折射现象也提供了合理的解释。根据惠更斯原理，当光从一种介质传播到另一种介质时，次波源将根据相应介质的折射率发出新的波，形成新的波面。这一解释可以定量地解释折射定律，并为光的传播速度提供了合理的解释。
干涉和惠更斯原理 干涉现象是惠更斯光的波动说的重要应用之一。根据惠更斯原理，两个波相遇时，各个次波源会发出新的波，并在相遇点形成干涉图样。例如，在杨氏实验中，光通过狭缝后形成的次波源会产生干涉现象，最终形成明暗相间的干涉条纹。通过测量这些条纹的间距和角度，可以获得有关光波长和波速的信息。 衍射和惠更斯原理 衍射现象也是惠更斯光的波动说的重要应用之一。根据惠更斯原理，光波传播过程中的每个点都可以看作是次波源，光波通过孔洞或物体边缘时会受到衍射现象的影响。例如，通过一个单缝时，光波会呈现出弯曲的衍射图样，通过一个双缝时，光波会呈现出交替的亮暗条纹。衍射现象是光的波动性的直接证据，也是光学中很多实验和现象的解释基础。 光的波动说的实验验证 为了验证惠更斯光的波动说，科学家进行了许多实验。杨氏实验是其中最重要的实验之一，它通过狭缝产生干涉现象，从而证明了光的波动性。其他实验还包括单缝和双缝衍射实验，通过这些实验可以直接观察光的波动特性。 光的波动说的应用 惠更斯光的波动说在光学领域有着广泛的应用。例如，在光学仪器的设计中，我们需要考虑到光的波动性，以避免产生像差。光的干涉现象也被广泛应用于干涉仪、光栅等设备中。此外，光的衍射现象也用于天文学中的星等测量、医学中的X光衍射等领域。 结论 惠更斯光的波动说是光学领域的一项重要理论，它揭示了光的传播方式以及折射、干涉、衍射等现象。惠更斯原理是该理论的核心，它通过次波源的叠加形成新的波面，解释了光的传播和现象。光的波动性通过干涉和衍射实验得到了验证，并在光学领域有着广泛的应用。光的波动说的提出和发展对于现代光学的进步具有重要的意义。
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。
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。
波的衍射 【波的衍射】 亦称波的“绕射”、是波的重要特性之一。是指波在传播过程中，遇到障碍物或缝隙时传播方向发生变化的现象。水波、声波、光波都能发生衍射现象。障碍物或缝隙的宽度越小，而波长越大，则衍射现象就越明显。波绕过障碍物或通过小孔绕到障碍物的背后。这种波能绕过障碍物继续传播的现象，叫“波的衍射”。室内发出声波可以绕过门，窗而到达室外的各角落。如果障碍物或缝隙的宽度远远超过波长时，波的衍射现象就不明显。波的衍射现象可用惠更斯原理来解释。 1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射. 2.观察到明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.（但也不能比波长小太多，当孔的宽度为波长的大约3/10时波的衍射现象已经不明显--与能量有关见③） 3.相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显。(见图) 重点衍射现象和发生的条件. 难点根据实验现象进行分析. 产生明显衍射现象的条件分析 产生明显衍射现象必须具备一定的条件，障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小. 说明①障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件.一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象. ②波传到小孔(或障碍物)时，小孔处(或障碍处)的波看作一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后的传播，于是就出现了波线偏离原波线传播方向的衍射现象. ③当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量减弱，衍射现象不容易观察到. 典型例题 例1 下列关于波的衍射的说法正确的是() A.衍射是一切机械波特有的现象 B.对同一列波，缝、孔或障碍物的尽寸越小衍射现象越明显 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.声波容易发生衍射是由于声波波长较大 解析一切波(包括横波、纵波)都能发生衍射，衍射是波特有的现象，所以选项A、C是错误的.只有缝、孔的宽度或障碍物的尽寸跟波长差不多或比波长小时才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的.声波的波长在1.7c m到17c m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波的波长较长，声波容易发生衍射现象，所以选项D是正确的. 答案B、D 例2 如图10.5-1是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长.则关于波经孔之后的传播情况，下面描述正确的是( ) A.此时能观察到明显的衍射现象 B.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 C.挡板前后波纹间距离相等 D.如果孔的大小不变，使波源的频率增大，能更明显地观察到衍射现象 解析图示表明孔的尺寸与波长相差不大，所以能够明显地观察到衍射现象，并且衍射波的继续在原介质中传播，波速和波长均不会改变，所以选A、B、C.
浙江理工大学110条目 1.选择题 题号：11013001 分值：3分 难度系数等级 原来小孔宽与水波长相差不多，当小孔逐渐变到很宽的过程中，其衍射现象 (A)一直很明显(B)一直不明显 (C)由很明显变得不明显(D)由不明显变得很明显 答：（C） 题号：11012002 分值：3分 难度系数等级 关于波的衍射现象，下列说法正确的是： (A)某些波在一定条件下才有衍射现象 (B)某些波在任何情况下都有衍射现象 (C)一切波在一定条件下才有衍射现象 (D)一切波在任何情况下都有衍射现象 答：（D） 题号：11012003 分值：3分 难度系数等级 惠更斯原理涉及了下列哪个概念？ (A)波长 (B)振幅 (C)次波假设 (D)位相 答：（C） 题号：11013004 分值：3分 难度系数等级 惠更斯原理： (A)可以解释波的反射定律，不能解释折射定律 (B)不能解释波的反射定律，可以解释折射定律 (C)可以解释波的反射定律和折射定律 (D) 不能解释波的反射定律和折射定律 答：（C） 题号：1101405
分值：3分 难度系数等级 惠更斯原理的次波假设 (A)只能说明波在障碍物后面偏离直线传播的现象，不能够定量计算波所到达的空间范围内任何一点的振幅。 (B)既能说明波在障碍物后面偏离直线传播的现象，也能够定量计算波所到达的空间范围内任何一点的振幅。 (C)不能说明波在障碍物后面偏离直线传播的现象，但能够定量计算波所到达的空间范围内任何一点的振幅。 (D)既不能说明波在障碍物后面偏离直线传播的现象，也不能够定量计算波所到达的空间范围内任何一点的振幅。 答：（A） 2.判断题 题号11021001 分值：2分 难度系数等级 当波出现明显的衍射现象时，可能是障碍物尺寸与波长相差不多。 答案：对 题号11022002 分值：2分 难度系数等级 衍射是一切波的特性。 答案：对 题号11023003 分值：2分 难度系数等级 波长比孔宽度大的越多，衍射现象越不明显。 答案：错 题号11022004 分值：2分 难度系数等级 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。 答案：对 题号11023005 分值：2分 难度系数等级
惠更斯原理可以用来解释波的衍射现象 什么是“波的衍射”？波的衍射是指在一定环境中，波的传播过程中，由于物体的形状、大小以及空间的设置而导致的波的反射和折射现象。衍射的原理被英国物理学家威廉惠更斯（William Henry Fox Talbot）在19世纪提出，即“波的衍射现象可以用惠更斯原理来解释”。 惠更斯原理是一种物理原理，它认为波的传播过程中，由于空气的反射和折射，波的衍射现象会发生，这就是惠更斯原理的基本概念。根据惠更斯原理，当一个可以发出的波被一个物体阻挡时，波会反射、折射和衍射这三种现象，这三种现象都是由波的波长、波的频率等特征决定的。 首先，当一个物体阻挡了发出的波，这个波会反射回去。这就是折射现象，因为当发出的波穿过物体时，波的频率和波长会发生变化，从而使波发生变化，最终形成反射波。 其次，当发出的波穿过一个物体且与物体表面的角度相差不大时，波会发生折射现象，即波从一个介质向另一个介质的转折。这是因为当波穿过物体时，波的方向会发生变化，由于介质的不同，波的频率会发生变化，从而导致波发生折射现象。 最后，当发出的波穿过物体或者是遇到两个物体时，波会发生衍射现象。衍射是指在一定环境中，由于物体的形状、大小而导致的波的反射以及折射现象。如果在一条两头封闭的弯管中放入一个波，这个波会在管道内形成一个圆环，从而产生衍射现象。
总的来说，惠更斯原理可以用来解释波的衍射，当发出的波在一定环境中穿越物体时，会发生反射、折射和衍射现象，这一切都是由波的波长、波的频率、物体的形状以及大小等特征决定的。惠更斯原理通过描述波在物体和介质之间的传播过程，使人们理解了波的衍射现象，可以说，这一原理对物理学的发展具有重要性。 随着科技发展，对惠更斯原理的了解也越来越深入。如今，物理学家们不仅可以用此原理来解释波的衍射现象，而且还可以用它来探究很多其他物理现象，比如微粒衍射、波的干涉和共振等，从而有助于我们更深入地理解物理学。 因此，惠更斯原理的发现，对物理学的发展具有重要的意义。它不仅让我们能够更好地解释波的衍射现象，而且还可以探究其他复杂的物理现象，从而让我们更加深入地理解物理学。 此外，惠更斯原理还可以应用到现实生活中，比如说在医学检测领域，运用此原理可以利用X射线波的衍射现象来观察体内的结构和物质，从而直接看到病灶的位置，大大提高了医疗效果。同时，在工业领域，惠更斯原理也广泛应用，比如说当光线通过一个结构精细的晶体物质时，可以运用惠更斯原理来控制光线的传播，实现精确控制光线的方向，使其只能沿着指定路径反射，从而改善工业生产的效率，节省能源、降低成本。 综上所述，惠更斯原理是19世纪提出的一种物理原理，它可以用来解释波的衍射现象。通过此原理，可以帮助我们更好地理解物理学，并且此原理还可以应用到日常生活中，大大提升生活质量。可以
激光衍射技术 电测控51 05043005 冯宁
激光衍射测试技术 摘要：激光衍射的原理，激光衍射的应用，激光衍射的发展 关键词：激光、衍射、测量、波、传播等 光的衍射现象：光波在空间传播遇到障碍时，其传播方向会偏离直线传播，弯入到障碍物的几何阴影中，并呈现光强的不均匀分布的现象 惠更斯——菲涅耳原理是波动光学的基本原理, 是研究衍射现象的理论基础。 一、惠更斯原理 在研究波的传播时，总可以找到同位相 各点的几何位置，这些点的轨迹是一个等 相面，叫做波面，惠更斯曾提出次波的假 设来阐述波的传播现象，从而建立了惠更 斯原理。惠更斯原理可表述如下：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， 所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。 根据这个原理，可以从某一时刻已知的波面位置求出另一时刻波面的位置。 s' s's s r=vt (图2－1) 图2-1可以用来说明这个原理，图中SS 是某一时刻（0=t ）的波面，箭头表示光的传播方向，若光速为υ，为了求得另一时刻τ的波面的位置，可以把原波面上的每一点作为次波源，各点均发出次波，经时间τ后，次波传播的距离为υτγ=，于是各次波的包络面''S S 就是在时刻τ的波面，光的直线传播、反射、折射等都能以此来进行较好的解释。此外，惠更斯原理还可解释晶体的双折射现象，但是，原始的惠更斯原理是十分粗糙的，用它不能说明衍射的存在，更不能解释波的干涉和衍射现象，而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存在，而其实并不存在倒退波。 由于惠更斯原理的次波假设不涉及波的时空周期特性——波长，振幅和位相，因而不能说明在障碍物边缘波的传播方向偏离直线的现象。事实上，光的衍射现象要细微得多。例如还有明暗相间的条纹出现，表明各点的振幅大小不
简述惠更斯菲涅耳原理 惠更斯菲涅耳原理是光学中的一个基本原理，它描述了光的传播和干涉现象。该原理由法国学者惠更斯和菲涅耳分别提出，对后来的光学研究和应用产生了巨大影响。 惠更斯菲涅耳原理的核心思想是，每一个点都可以看作是一个次波源，它发出的波沿着各个方向传播。在光线传播过程中，当波遇到障碍物或通过孔洞时，波的传播会出现偏折、干涉和衍射等现象。 惠更斯菲涅耳原理解释了光的传播方向。在任何时刻，光波可以看作是由无数个次波源发出的球面波，这些波面在传播过程中保持着相同的相位。由于波面上的每一点都可以作为次波源发出新的波，因此，光波会向前传播，并按照惠更斯原理所描述的方式进行干涉和衍射。 惠更斯菲涅耳原理解释了光的干涉现象。当两束光线相交时，它们会发生干涉现象。根据惠更斯菲涅耳原理，两束光线上的每一个点都可以看作是一个波源，它们发出的波会相互干涉。干涉现象可以分为构造干涉和破坏干涉。构造干涉是指两束光线相位相同，波峰与波峰相加，波谷与波谷相加，从而增强光强；破坏干涉是指两束光线相位相反，波峰与波谷相加，波谷与波峰相加，从而减弱或消除光强。
惠更斯菲涅耳原理解释了光的衍射现象。当光通过一个孔洞或绕过障碍物时，会发生衍射现象。根据惠更斯菲涅耳原理，衍射是由波的干涉引起的。当波遇到孔洞或障碍物时，波的传播方向发生改变，波前会弯曲并绕过障碍物或通过孔洞。这种弯曲现象就是衍射，它使得光线在周围空间中产生了强度的变化，形成了衍射图案。 惠更斯菲涅耳原理的重要性在于它为光学研究和应用提供了理论基础。通过对光的传播和干涉现象进行描述和解释，我们可以更好地理解光的行为和性质。这一原理在光学仪器的设计和光学现象的解释上有着广泛的应用，例如干涉仪、衍射光栅、激光等。同时，惠更斯菲涅耳原理也为光的波动性质的研究和光的量子性质的发现奠定了基础。 惠更斯菲涅耳原理是光学中的重要原理，它揭示了光的传播和干涉现象。通过对光的波动性质的描述和解释，该原理为光学研究和应用提供了理论基础。在实际应用中，惠更斯菲涅耳原理被广泛应用于光学仪器的设计、光学现象的解释以及光的波动性质和量子性质的研究中。