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7.7 惠更斯原理波的衍射、反射和折射在线视频

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7.7 惠更斯原理波的衍射、反射和折射课程教案、知识点、字幕

同学们好

下面我们讲惠更斯原理和机械波的半波损失

惠更斯原理是这样表述的

波前上每一点可看成发射子波的波源

t时刻这些子波源发出的子波

经过Δt时间后形成半径为uΔt的球形波阵面

在波的前进方向上这些子波波阵面的包络

就是t+Δt时刻新的波阵面

如果某一时刻波阵面知道了

我通过作图就可以画出下一时刻波前的形状

通过作图就决定了波的传播方向

比如这是一个平面波 t时刻的波前是个平面

t+Δt时刻就等于这些t时刻波面上

各个子波源发射的子波的波面的包络S2

S2 就是t+Δt时刻新的波面

它是t时刻 S1上各个子波源发出子波的包络

这是球形波

这是t时刻的波面

这是t+Δt时刻的波面

也是一个以O为球心的球面

波具有衍射这个中学我们都知道

波绕过障碍物边缘或通过孔隙时

扩展的现象我们叫衍射

相对波长而言

你的缝越窄衍射现象越明显

衍射是波的最重要的特征之一

我们看这个图

这是代表衍射的一个图形

a是缝宽

一束直线传播的入射波穿过窄缝之后

中间部分仍然保持直线传播的性质

但在边缘波的传播方向就发生了变化

下面看一个视频衍射

平面波到达狭缝时

缝上各点都可看作是子波的波源

做出这些子波的包络就得出新的波前

很明显此时波前与原来的平面略有不同

靠近边缘处波前弯曲

这样波就绕过了障碍物而继续传播

这是水波通过一个窄缝的衍射

这是个窄缝这是入射的平面波

窄缝如果很窄的话

这个窄缝就可以当做一个子波波源

然后衍射出柱面波

下面我们看一个视频小孔波源

请大家想一下

这是发射塔这是一座山

这是我们家这是天线

广播和电视哪个更容易收到

再看一个例子

这是一堵高墙

这面有两位男士一位女士在说话

如果声音强度相同

你更容易听到男声还是女声

惠更斯原理里从传播方向上

解释了波的衍射现象

但是不能定量的给出衍射波的强度分布

后来菲涅尔对此做了补充

这将在波动光学中做简单介绍

我们再看波的反射和折射

用惠更斯原理通过作图可以证明

反射定律和折射定律

这是两个介质两种介质界面MN

在第一种介质中波速是u1

在第二种介质中波速是u2

我现在有一束平行传播的波

在MN上反射

AB是入射波的波面

如果把这个波面到达这个位置

就是A点到达MN上作为时间零点的话

那么有下面的结果

那经过Δt时间

B点到B′点经历的时间是u1乘Δt

然后经过反射

从这个时间开始

这是折射波

折射波的波面

我们通过惠更斯原理呢

通过作图法我们容易证明反射定律

就是入射线反射线和分界面上的法线

在同一平面上

反射线和入射线位于法线的两侧

并且反射角等于入射角

折射定律说的是

入射角的正弦比上折射角的正弦

等于第一种介质的波速除上第二种介质的波速

关于入射定律和反射定律的证明

大家在下面自己去做

对光来说折射定律是这样的

入射角的正弦比上折射角的正弦

等于第二种介质对光的折射率

比上第一种介质对光的折射率

其中折射率是这样定义的

光速真空中的光速

比上在这种介质中光的传播速度

这个就是透明介质对光的折射率

相比之下如果折射率小

这种介质我们叫光疏介质

折射率大的介质我们叫光密介质

光从光密介质射向光疏介质

比如从玻璃射向空气

显然折射角的正弦大于入射角的正弦

如果达到了全反射我们把全反射角说成是ic

那sinic就等于n2比n1 这个中学我们都知道

在光纤中光线就是通过全反射来传播的

这是光纤它把光沿着光纤传播过来

这是一本书书上有RC两个文字

通过这个光纤我们可以看到RC

这是一个演示实验叫导光水柱

这是个发射绿激光的半导体激光器

这是水上面有个小孔水流流下来

如果对准的话激光可以沿着这个水柱传播

我们看到这个水柱呈绿色

这是一条细光缆和一个粗电缆

他们通过的信息量是一样的

光纤通信容量大损耗小

在不加中继站的情况下

光纤传播的距离可以达到300公里

而电缆同轴电缆只有几公里

微波也只能传播几十公里

目前我们国家电信的主干线已经全部为光缆

近十年来发展的导管X光学也应用了全反射现象

对X光来说玻璃对真空的折射率小于1

对X光这个波段来说

玻璃是光疏介质而空气是光密介质

所以我们可以让X光从真空

或者空气射向玻璃发生全反射

X光以大于临界角入射到内表面光滑的玻璃管内

就可以沿着弯曲的玻璃导管传播

我们应用毛细的X光光束可以制成X光透镜

比如我们可以通过这些玻璃管传播X光

聚焦提高光速功率密度

比如我们可以将发散的光变成平行光等等

好这一节就讲到这儿

大学物理1 (力学、热学)课程列表：

绪论

-绪论

力学-第一章质点动力学

-1.1 参考系、坐标系和质点

-1.2 位移和速度

-1.3 平面极坐标速度表示**

-1.5 匀加速运动

-1.6 抛体运动

-质点动力学(一)

-1.7 匀速圆周运动

-1.8 变速圆周运动加速度*

-1.9 相对运动速度和加速度

-质点动力学(二)

-本章作业

-第一章课件

第二章牛顿定律

-2.1 牛顿第一定律

-2.2 牛顿第二、三定律

-2.3 常见的几种力

-2.4 基本的自然力*

-牛顿三定律、常见力

-2.5 应用牛顿定律解题

-应用牛顿定律解题

-2.6 平动非惯性系

-2.7 转动非惯性系* ( 离心力和科氏力)

-2.8 傅科摆*

-2.9 引潮力与潮汐**

-2.10 引潮力现象**

-惯性力, 潮汐力

-本章作业

-第二章课件

第三章动量、角动量与守恒定律

-3.1 冲量与动量定理

-3.2 质点系动量定理

-3.3 动量守恒定律

-3.4 变质量问题*

-动量, 冲量, 动量守恒

-3.6 质心系*、力矩

-3.7 质心运动定理*

-质心与质心运动定理

-3.8 两体问题*

-两体问题

-3.9 质点角动量、角动量定理

-3.10 角动量守恒定律

-3.11 质点系角动量、角动量定理和角动量守恒定律*

-3.12 质心系角动量、角动量定理*

-质点和质点系角动量,角动量守恒

-本章作业

-第三章课件

第四章功、能和能量守恒

-4.1 功和动能定理

-4.2 一对力的功

-功和动能

-4.3 保守力和势能

-4.4 由势能求保守力、梯度*

-4.5 均匀球体的引力**

-引力,保守力和势能

-4.6 势能曲线

-4.7 功能原理和机械能守恒定律

-4.8 有心力场中质点运动简介1**

-4.9 有心力场中质点运动简介2**

-势能曲线、功能原理和有心力场

-4.10 克尼希定理

-4.11 质心系中的功能原理*

-克尼希定理、质心系中的功能原理

-4.12 流体的定常流动*

-4.13 伯努利方程*

-流体简介

-本章作业

-第四章课件

第五章刚体定轴转动

-5.1 刚体的运动

-5.2 刚体定轴转动（运动学）

-5.3 刚体的定轴转动定律

-5.4 转动惯量的计算

-5.5 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律

-5.6 定轴转动的功能原理

-5.7 刚体的平面运动*

-5.9 刚体定轴转动小结

-刚体定轴转动（一）--作业

-刚体定轴转动（二）

-本章作业

-第五章课件

第六章振动

-6.1 简谐振动

-6.2 旋转矢量图和复数表示

-6.3 简谐振动能量的能量特征

-6.4 谐振分析**

-6.5 非线性振动简介**

-简谐振动, 频谱, 非线性振动简介

-6.6 同振动方向同频率简谐振动合成

-6.7 同振动方向不同频率简谐振动合成、拍和拍频

-同振动方向振动合成

-6.8 振动方向互相垂直的同频率简谐振动合成

-6.9 振动方向互相垂直的不同频率简谐振动合成

-不同振动方向振动合成

-6.10 阻尼振动＊

-6.11 受迫振动*

-6.13 品质因数*

-本章作业

-第六章课件

第七章波

-7.1 简谐波的产生

-7.2 简谐波的波函数(1)

-7.3 简谐波的波函数(2)

-7.4 简谐波的能量(1)

-7.5 简谐波的能量(2)

-简谐波

-7.7 惠更斯原理波的衍射、反射和折射

-7.8 机械波的半波损失

-惠更斯原理、机械波的半波损失

-7.9 波的叠加和干涉

-7.10 驻波（一）

-7.11 驻波（二）

-7.12 简正模式和简正频率

-波的叠加和干涉驻波

-7.13 机械波的多普勒效应（一）

-7.14 机械波的多普勒效应（二）

-7.15 电磁波（光）的多普勒效应

-7.16 冲击波

-多普勒效应

-7.17 波动方程的推导**

-7.18 波的吸收*

-7.19 色散、复波和群速度*

-本章作业

-第七章课件

第八章狭义相对论

-8.1 时空变换

-8.2 绝对时空观和伽利略变换

-8.3 狭义相对论的基本假设（一）

-8.4 狭义相对论的基本假设（二）

-8.5 洛伦兹变换（一）

-8.6 洛伦兹变换（二）

-8.7 同时性的相对性

-8.8 时间延缓

-8.9 长度收缩

-8.10 洛伦兹协变矢量和洛伦兹变换不变量**

-洛仑兹变换

-8.11 相对论速度合成（一）

-8.12 相对论速度合成（二）

-相对论速度合成

-8.13 动量和质量

-8.14 力和加速度的关系

-8.15 相对论动能质能关系

-8.16 能量和动量的关系*

-8.17 相对论变换*

-相对论动力学基础

-本章作业

-第八章课件

热学-第九章温度和气体动理论

-9.1 宏观和微观

-9.2 统计规律

-宏观和微观

-9.3 平衡态和准静态

-9.4 理想气体温标

-9.5 理想气体压强

-9.6 温度的统计意义（一）

-9.7 温度的统计意义（二）

-温度

-9.8 麦克斯韦速率分布律

-9.9 三种速率

-9.10 麦克斯韦速度分布律

-麦克斯韦速率分布律

-本章作业

-第九章课件

第十章热量和热力学第一定律

-10.1 玻耳兹曼分布律和平均自由程（一）

-10.2 玻耳兹曼分布律和平均自由程（二）

-玻耳兹曼分布律和平均自由程

-10.3 范氏气体

-实际气体

-10.5 输运过程

-10.6 准静态过程

-10.7 功、热、内能

-10.8 热力学第一定律

-10.9 热容量

-10.10 理想气体的绝热过程

-热力学第一定律

-本章作业

-第十章课件

第十一章热力学第二定律和熵

-11.1 循环过程

-11.2 卡诺循环

-11.3 汽油机

-11.4 致冷机

-循环过程

-11.5 自然过程的方向

-11.6 热力学第二定律

-热力学第二定律

-11.7 热力学第二定律的微观意义

-11.8 热力学几率

-11.9 玻耳兹曼熵公式和熵增加原理

-11.10 玻耳兹曼分布*

-11.11 混合熵**

-11.12 熵增加原理及熵补偿原理*

-玻耳兹曼熵

-11.13 可逆过程和卡诺定理*

-11.14 热力学温标*

-11.15 克劳修斯熵公式*

-11.16 克劳修斯不等式*

-11.17 温熵图*

-11.18 熵和能量退化**

-克劳修斯熵

-11.19 克拉伯龙方程**

-11.20 冰为什么是滑的**

-气-液-固相变

-本章作业

-第十一章课件

期末考试

-期末考试--期末考试Part1

-期末考试--期末考试Part2

-期末考试--期末考试Part3

7.7 惠更斯原理波的衍射、反射和折射笔记与讨论

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