2022年医学专题—惠更斯-菲涅耳原理详解.ppt

波动(bdng)光学光的干涉,第一页，共二十八页。,光是电磁波麦克斯韦(mi k s wi)电磁场理论,第二页，共二十八页。,X射线是波长介于紫外线和射线间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁波，其波长约介于0.01100埃（10的负10次方米，纳米的十分之一）之间。由德国物理学家W.K.伦琴(lnqn)于1895年发现，故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光、使照相底片感光以及空气电离等效应。波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.11埃范围内的称硬X射线，1100埃范围内的称软X射线。,第三页，共二十八页。,X射线用来(yn li)帮助人们进行医学诊断和治疗；用于工业上的非破坏性材料的检查。,x射线管道爬行(pxng)器,管道焊缝(hn fn)x射线检测设备,x射线便携式合金材料鉴别,x射线检测压力容器,第四页，共二十八页。,光速(un s),真空(zhnkng)中的光速,一、光波(gungb)的描述,如光波为简谐波，该如何用数学语言描述呢？波函数是怎样的？,第五页，共二十八页。,振动(zhndng)取决于位相，所以振动(zhndng)的传播就是位相的传播,波的位相，与时间和空间(kngjin)相关,第六页，共二十八页。,（1）平面波：波面是平面(pngmin),（a）振幅为常数（b）空间(kngjin)位相为直角坐标的线性函数,第七页，共二十八页。,（2）球面(qimin)波：波面是球面(qimin),振幅(zhnf),空间(kngjin)位相,（发散球面波）,（汇聚球面波）,第八页，共二十八页。,（3）光波的复振幅(zhnf)描述,由于可以用复指数的实部或虚部表示余弦或正弦函数，所以可以用复数来描述光波(gungb)的振动,指数(zhsh)取正号,第九页，共二十八页。,复振幅包含了振幅和位相，直接表示了定态光波(gungb)在空间P点的振动，或者说复振幅表示了波在空间的分布情况。所以，凡是需要用振动描述的地方，都可以用复振幅代表。（波前函数）,光波(gungb)场在P点的强度,第十页，共二十八页。,二、惠更斯菲涅耳原理(yunl),1、惠更斯原理(yunl),波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，如果(rgu)波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。通过求解波动方程来预言波的行为就比较复杂了。惠更斯原理提供了一种定性的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。,第十一页，共二十八页。,1、惠更斯原理(yunl),介质(jizh)中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前（波阵面）.,第十二页，共二十八页。,球面波,.,.,.,.,.,.,.,.,平面波,.,.,.,.,.,t+t 波面,t 波面,t 波面,t+t 波面,ut,ut,第十三页，共二十八页。,1、解释(jish)衍射成因；（flash动画）,2、推导反射、折射(zhsh)定律,波的反射定律：当波传到两种介质交界面发生反射时（1）入射线、法线、反射线在同一平面内；（2）入射线与反射线分居法线两侧；（3）反射角等于入射角；（4）反射波的波长、频率(pnl)、波速与入射波相同。,第十四页，共二十八页。,折射(zhsh)现象：,波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生(fshng)偏折的现象。,发生折射(zhsh)的原因：,不同介质中波的传播速度不同。,第十五页，共二十八页。,折射(zhsh)定律：,（1）入射线、法线、折射线在同一平面内；（2）入射线与折射线分居(fn j)法线两侧；,（3）入射角正弦与折射角正弦之比等于(dngy)波在第一种介质中传播速度与在第二种介质中传播速度之比。,（4）在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。,只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率n21表示。,介质的折射率：,第十六页，共二十八页。,不足：不能定量说明衍射波的强度(qingd)分布！,原理(yunl)的依据：,波动在介质(jizh)中是逐点传播的,各质点作与波源完全相同的振动,说明,.可解释衍射现象及反射和折射现象。（解释传播方向）,.该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方 向可能发生变化。,(1)行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；,(2)所有子波源各自向外发出许多子波；,(3)各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传 播到的新波面。,惠更斯原理：,第十七页，共二十八页。,2、菲涅耳原理(yunl)（波的叠加原理(yunl)）,第十八页，共二十八页。,2.叠加原理(yunl)（菲涅耳原理(yunl)）,在波相遇区域内，任一质点的振动，为各波单独存在时在该点引起的振动的合成(hchng)。（可确定合振动的强度）,1.波传播(chunb)的独立性,当几列波在传播过程中在某一区域相遇后再行分开，各波的传播情况与未相遇一样，仍保持它们各自的频率、波长、振动方向等特性继续沿原来的传播方向前进。,注意:,1、真空中光的独立传播原理是普遍存在的；2、波的叠加原理仅适用于波的强度较小时（数学上表示为波动方程是线性的，即线性波的问题）,第十九页，共二十八页。,利用波的叠加原理解释(jish)驻波现象：,1、驻波(zh b)的产生,振幅、频率、传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向(fngxing)传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象.,第二十页，共二十八页。,驻 波 的 形 成,第二十一页，共二十八页。,2、驻波(zh b)方程,正向,负向,第二十二页，共二十八页。,驻波方程,波腹,波节,相邻波腹（节）间距,相邻波腹和波节间距,1）振幅 随 x 而异，与时间无关.,第二十三页，共二十八页。,2）相邻两波节之间质点振动同相位，任一波节两侧振动相位相反，在波节处产生 的相位跃变.（与行波不同，无相位的传播）.,第二十四页，共二十八页。,3、驻波(zh b)的应用：管弦乐器,声音(shngyn)的三个特征：响度振动的能量，由振幅决定；音调由乐器振动的基频决定；音色由乐器的高次谐频决定。,1）钢琴(gngqn)、吉他、小提琴、二胡等弦乐器：,琴弦的两端固定：两端点必须是波节,弦长必为半波长的整数倍,第二十五页，共二十八页。,第二十六页，共二十八页。,2）笛子(d zi)、喇叭等管乐器：利用空气的驻波发声,一端开口(ki ku)或者两端开口(ki ku)：封闭端点是波节,第二十七页，共二十八页。,内容(nirng)总结,波动光学光的干涉。波动光学光的干涉。光是电磁波麦克斯韦电磁场理论。这种肉眼(ruyn)看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光、使照相底片感光以及空气电离等效应。不同介质中波的传播速度不同。.可解释衍射现象及反射和折射现象。2、菲涅耳原理（波的叠加原理）。2.叠加原理（菲涅耳原理）。音调由乐器振动的基频决定。音色由乐器的高次谐频决定。琴弦的两端固定：两端点必须是波节,第二十八页，共二十八页。,