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1、惠更斯原理 一、惠更斯原理一、惠更斯原理（Huygens principle）前面讨论了波动的基本概念，前面讨论了波动的基本概念，现在讨论现在讨论其其传播方向、传播方向、与波与波的传播特性有关的现象、原理和规律。的传播特性有关的现象、原理和规律。频率频率和和振幅振幅都有可能改变。都有可能改变。由于某些原因，由于某些原因，波在传播中，波在传播中，惠更斯原理惠更斯原理 1678年惠更斯提出简洁的作图法，定性年惠更斯提出简洁的作图法，定性解解决了波的传播方向问题，决了波的传播方向问题，称为惠更斯原理。称为惠更斯原理。它在研究波的传播问题中，具有重要作用。它在研究波的传播问题中，具有重要作用。例例 一
2、平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元从元从最大位移处最大位移处回到回到平衡位置平衡位置的过程中的过程中()(A)它的势能转换成动能它的势能转换成动能.(B)它的动能转换成势能它的动能转换成势能.(C)它从相邻的一段媒质质元获得能量，其能量它从相邻的一段媒质质元获得能量，其能量逐渐增加逐渐增加.(D)它把自己的能量传给相邻的一段媒质质元，它把自己的能量传给相邻的一段媒质质元，其能量逐渐减小其能量逐渐减小.答案：答案：(C)思考思考在相反过程中，结果在相反过程中，结果?(D)例例.一一平平面面简简谐谐波波在在弹弹性性介介质质中中传传播播，当当某某质质元处于负
3、的最大位移处时，它的能量有元处于负的最大位移处时，它的能量有 （A）动能为零，势能最大动能为零，势能最大（B）动能最大，势能为零动能最大，势能为零（C）动能最大，势能最大动能最大，势能最大（D）动能为零，势能为零动能为零，势能为零答：（答：（D）波场中单位体积内波的能量2.能量密度能量密度3.平均能量密度平均能量密度能量密度在一个周期内的平均值能量密度在一个周期内的平均值普适普适能流能流(瞬时功率瞬时功率)2.平均能流平均能流定义式定义式对细棒纵谐波对细棒纵谐波udtS1.能流能流 单位时间内通过某面积的能量单位时间内通过某面积的能量质元的能量不断变化质元的能量不断变化 有能量的传播有能量的传
4、播(流动）流动）能流密度能流密度(功率密度功率密度)波的强度波的强度 1.能流密度能流密度 单位时间内垂直通过单位面积的能量单位时间内垂直通过单位面积的能量 即通过单位面积的能流即通过单位面积的能流2.平均能流密度平均能流密度（也称（也称波的强度波的强度）任意谐波任意谐波例例 证明球面波的振幅与离开其波源的距离成反比。证明球面波的振幅与离开其波源的距离成反比。证：证：介质无吸收，通过两个球面的平均能流相等介质无吸收，通过两个球面的平均能流相等.球面简谐波的表达式球面简谐波的表达式球面波的强度随距离而衰减，振幅也随距离而减小球面波的强度随距离而衰减，振幅也随距离而减小.例例.广广播播电电台台的的
5、平平均均辐辐射射功功率率为为20kW，辐辐射射能能量量均均匀匀分分布布在在以以电电台台为为中中心心的的球球面面上上，则则距距电电台台10km处电磁波平均辐射强度为处电磁波平均辐射强度为 .解：解：惠更斯原理的惠更斯原理的基本内容：基本内容：媒质中波动传到的各点，都可看作是发媒质中波动传到的各点，都可看作是发射射子波子波的波源的波源(点波源点波源)，在其后的任一时刻，在其后的任一时刻，这些子波的包络面就是该时刻的波面。这些子波的包络面就是该时刻的波面。子波概念子波概念 波面上任一点都是新的振源，其波面上任一点都是新的振源，其 所发出的波叫子波。所发出的波叫子波。子波面的子波面的包络面包络面 -新
6、波面新波面 t 时刻各子波波面的公共切面（包络面）时刻各子波波面的公共切面（包络面）就是该时刻的新波面就是该时刻的新波面波线波线 t+tt 在各向同性介质中传播在各向同性介质中传播 根据惠更斯原理，可用几何作图方法，求根据惠更斯原理，可用几何作图方法，求出下一时刻的波面。出下一时刻的波面。波波前前波波线线应该指出，惠更斯原理没有说明子波的应该指出，惠更斯原理没有说明子波的强度分布强度分布，因而只能解决波动因而只能解决波动传播方向传播方向问题。问题。二、惠更斯原理的应用二、惠更斯原理的应用 1.解释解释波的衍射现象波的衍射现象衍射衍射-偏离原来直线传播的方向偏离原来直线传播的方向 所以：所以：衍射是波动的判据衍射是波动的判据平面波经小孔平面波经小孔衍射成球面波衍射成球面波衍射物衍射物入入射射波波衍射是否明显？衍射是否明显？视衍射物（包括孔、缝）的线度与波长相比较视衍射物（包括孔、缝）的线度与波长相比较对一定波长的波对一定波长的波 线度线度小小衍射现象衍射现象明显明显 线度线度大大衍射现象衍射现象不明显不明显入射波入射波平面波平面波入射波入射波平面波平面波衍衍射射物物衍衍射射物物平面波平面波经小孔经小孔衍射成衍射成球面波球面波