2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：惠更斯-菲涅耳原理

1、惠更斯-菲涅耳原理和衍射現(xiàn)象分類12惠更斯-菲涅耳原理和衍射現(xiàn)象分類 一、惠更斯-菲涅耳原理 菲涅耳(A.J.fresnel, 1788-1827)提出，同一波前上各點都可以認(rèn)為是發(fā)射球面子波的波源，空間任一點的光振動是所有這些子波在該點的相干疊加。這就是惠更斯-菲涅耳原理。 惠更斯-菲涅耳原理是波動光學(xué)的基本原理，是分析和處理衍射問題的理論基礎(chǔ)。 3 菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel 1788-1827）法國土木工程師，物理學(xué)家，波動光學(xué)的奠基人之一。1788年5月10日生于布羅利耶，1806年畢業(yè)于巴黎工藝學(xué)院，1809年又畢業(yè)于巴黎橋梁與公路學(xué)校。1823年當(dāng)選為法國科

2、學(xué)院院士，1825年被選為英國皇家學(xué)會會員。1827年7月14日因肺病醫(yī)治無效而逝世，終年僅39歲。 菲涅耳的科學(xué)成就主要有兩個方面。一是衍射。他的實驗具有很強(qiáng)的直觀性、明銳性，很多現(xiàn)仍通行的實驗和光學(xué)元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：雙面鏡干涉、波帶片、菲涅耳透鏡、圓孔衍射等。另一成就是偏振。 菲涅耳由于在物理光學(xué)研究中的重大成就，被譽為“物理光學(xué)的締造者”。 4據(jù)此，面元 d 發(fā)出的子波在P點所產(chǎn)生光振動的復(fù)振幅為圖所示的波前上任一面元d 發(fā)出的子波在空間一點P所產(chǎn)生光振動的復(fù)振幅 應(yīng)該正比于此面元的面積d，正比于面元所在點Q的復(fù)振幅 ，而反比于面元到點P的距離r，并且與點P對面元的傾角q有關(guān)。

3、另外，d 發(fā)出的子波到達(dá)點P的相位取決于面元d 到點P的距離r .5由基爾霍夫平面屏衍射理論得到所以有此公式稱為菲涅耳基爾霍夫衍射積分公式。 整個波前在P點光振動的復(fù)振幅為 （菲涅耳衍射積分公式） 6二、衍射現(xiàn)象的分類 在實驗室里為了觀察衍射現(xiàn)象，總是由光源、衍射屏和接收衍射圖樣的屏幕(稱為接收屏)組成一個衍射系統(tǒng)。 通常根據(jù)衍射系統(tǒng)中三者的相互距離的大小，將衍射現(xiàn)象分為兩類，一類稱為菲涅耳衍射，另一類稱為夫瑯禾（和）費衍射。7夫瑯禾費衍射: 夫瑯禾費衍射，就是當(dāng)光源到衍射屏的距離和接收屏到衍射屏的距離都是無限大時，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。 光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏菲涅耳衍射 光源到衍射屏的

4、距離或接收屏到衍射屏的距離不是無限大時，或兩者都不是無限大時所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。 8菲 涅 耳 衍 射縫光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)夫 瑯 禾 費 衍 射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫9 不難看出（1）在菲涅耳衍射中，入射光或衍射光不是平行光，或兩者都不是平行光。 （2）在夫瑯禾費衍射中入射光和衍射到接收屏上任意一點的光都是平行光 。在實驗中實現(xiàn)夫瑯禾費衍射10 夫瑯和費（Fraunhofer, Joseph von）德國物理學(xué)家光學(xué)技師。1787年3月6晶生于巴伐利亞的施特勞賓；父親是玻璃工匠，夫瑯和費幼年當(dāng)學(xué)徒，后來自學(xué)了數(shù)學(xué)和光學(xué)。1806年開始在光學(xué)作坊當(dāng)光學(xué)機(jī)工，1818年任經(jīng)理，1823年擔(dān)任慕尼黑科學(xué)院物理陳列館館長和慕尼黑大學(xué)教授，慕尼黑科學(xué)院院士。夫瑯和費自學(xué)成才，一生勤奮刻苦，終身未婚，1826年6月7日因肺結(jié)核在慕尼黑逝世。 物理學(xué)家簡介11例 : 在楊氏實驗中雙縫的間距為0.20 mm，光屏與狹縫的距離為50 cm, 測得光屏上相鄰亮條紋的間距為1.5 mm。求光波的波長。 解: 由式得12 S2未 遮蓋時，中央亮紋在x = 0處，遮后光程差為 = (nh+r2h)r1 =