2.3 惠更斯原理及其应用（一）波面和波线 1．波面：同相位的各点组成的面 波前：离波源最远的波面 2．波线：与波面垂直代表波的传播方向的线 3．平面波：波面是平面的波（如图 1） 球面波：波面是球面的波（如图 2） （二）惠更斯原理 1．介质在任一波面上的各点总可以看做发射子波的波源，其后任意时刻这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，这就是惠更斯原理。 2． 时刻与时刻的波面与波线（如图 3 图 4） 图 3 图 4 以 O 为球心的球面波在时刻 t 的波面为，按照惠更斯原理，上的每个点都是子波的波源，在时间后各子波的波面如图中浅色线所示。假设波在同种介质中传播，波向各个方向传播的速度都相等，那么浅色线圆的半径也都相等。是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间后的新位置。可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面半径之差为，表示波向前传播了的距离。 同理惠更斯原理还能够解释平面波的传播。（三）波的衍射 平面波到达挡板上的狭缝 AB，波面上的每一点都可以看作子波的波源，位于狭缝的点也是子波的波源。因此，波自然可以到达挡板后的位置，但惠更斯原理只能解释衍射中波传播方向的变化，不能解释波的强度，所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系之后菲涅尔补充了子波的相位和振幅的定量表达式，并增加了“次波相干叠加”的原理，称为“惠更斯—菲涅尔原理”才能较全面的解释衍射现象。 图 5（四）波的反射 如图为一列平面波传播到两种介质表面时发生反射，AB 是同一波面上的两点，在时间内波面上 B 点的振动形式传播到点，传播的距离为，而 A 点作为一个子波波源在时间内振动形式传播的距离也为，传播到的位置为以 A 为圆心以为半径的圆周上，从做圆的切线切点为,连接和,为时刻的波面，由几何关系可得，,,所以,可以解释光的反射现象。 图 6（五）波的折射 AB 是一组平面波某一时刻的波面上的两点，机械波在介质 1 中的传播速度＞,经过时 间 后 振 动 形 式 从 B 点 传 播 到点 ， A 点 振 动 形 式 在 介 质 2 中 传 播 的 距 离，子波源 A 振动形式传播到以 A 为圆心，以为半径的圆周上，由点做圆的切线，切点为,连接与点可得到波进入介质 2 后的波线，我们发现进入介质 2中波线方向发生偏折，而且波在两种介质中传播速度差距越大，机械波偏折角度越大，因此同一列波在两种介质界面发生偏折时，与波在两种介质中速度的大小差距有关的。
