什么时候用球面波物理光学

Ⅰ 平面波与球面波哪个更常见

球面波。根据查询物理光学可知，球面波更常见，波阵面为同心圆的波称为球面波。球面波向四面八方扩散，球面波各质点振幅与距离成反比，实际应用超声波探头的波源近似于活塞波振动，当距离波源的距离足够大时，活塞波类似于球面波。

Ⅱ 几何光学的使用条件是什么什么时候要用物理光学处理

可以这样认为，几何光学是光波长为0的极限情况
当障碍物线度与光波长可以相比，甚至比光波长小时、要考虑光的波动效应，用菲涅尔积分公式
障碍物线度远远大于光波长时、可以完全看做几何光学
另外、几何光学三定律可以由惠更斯的球面次波原理推得，衍射（或者干涉）条纹的主极大处就是光源的几何像点

Ⅲ "波动理论"怎么解释反射现象（高中物理）

高中物理波动光学好像没有什么有意义的结论，干是这么定性的描述，是不可能推倒出严格的反射现象的。惠更斯原理可以用，但不严格，因为只适用于球面波。真正严格的推导是用复变函数加上麦克斯韦方程和边界条件解出来。这样可以严格的推导折射反射定律，及其偏振关系。

Ⅳ 球面波的反射、透射以及首波的形成

以上都是从平面波理论出发讨论问题，实际上平面波既是一种近似又是一种数学概念的抽象，和实际球面波投射尚有差异，其不同点是：①平面波是以恒定的角度α投射至界面，因此沿界面x轴方向α角是不变的。球面波投射至界面时，沿x方向上的每一点α都是变化的。②平面波作为数学抽象可以不考虑其能量的扩散问题，而球面波则必须考虑这个问题。因而进一步讨论球面波的投射问题就十分必要了。有了前面平面波研究的基础，再讨论球面波就比较容易了。下面仅就球面波入射时，沿界面入射角发生变化后会产生什么现象作进一步分析。

首先研究v_P1 ＜v_P2的情况，当球面纵波入射至反射界面上，入射角α沿x轴可由0°变化到90°。从前一节理论分析已知，纵波反射系数是入射角α的函数，因此随着入射角α的变化，反射界面上各点的反射系数亦发生变化，即反射波的相对强度随入射角而变，其变化规律正如前面各族曲线所描述的那样。此外，根据斯奈尔定律

地震波场与地震勘探

可得

地震波场与地震勘探

此处α是入射角，α₂ 是纵波透射角。α由0°变化到90°时，sinα是单调增大的。由于v_P1＜v_P2，sinα₂ 总是大于sinα，故存在一个α角达到i_PP时，使α₂＝90°或sinα₂＝1。于是（1-4-17）式变为

地震波场与地震勘探

角i_PP称为临界角。即当入射纵波以临界角投射时，透射纵波在界面附近的波前已完全垂直于反射界面，见图1-4-8。当α以大于临界角的角度投射时，按（1-4-17）式可得

sinα₂＞1。因为在实数域中sinα₂ 值只能在0 到1 之间变化，只有在复数域中才可能满足sinα₂＞1情况。因此，需要进行复数域中的讨论。此时方程组（1-4-4）中的透射波位移可写为

图1-4-8 折射波 （首波） 形成示意图

地震波场与地震勘探

式中，

。

当sinα₂＞1时，有

地震波场与地震勘探

此处

为虚数，m为实数，于是位移表达式就变为

地震波场与地震勘探

在利用佐普瑞兹方程求解T_PP时，因它与cosα₂ 有关，而cosα₂ 由（1-4-19）式可知是一个复数，故T_PP可用相角的形式表示为

地震波场与地震勘探

代入（1-4-20）式得：

地震波场与地震勘探

分析（1-4-22）式可以发现，当入射角大于临界角时，透射纵波是沿x轴运行的谐和波，其振幅由T′_PP e^∓kzm决定。由于k和m都是实数，说明该振幅是沿着z轴迅速衰减（取负号）或增大（取正号）的，后者显然不可能发生，否则会得出随深度z的增加透射波振幅无限增大的错误结论。于是（1-4-22）式应写为

地震波场与地震勘探

式中后面指数项中φ的存在表示该透射波相位比入射波和反射波相位超前一个φ值。这意味着在大于临界角之后，透射波的波前面开始脱离入射波和反射波而超前运动。相位的超前可以用透射波此时沿x轴以下面介质波速

运行来解释，该波速大于上面介质波速

。反射波和透射波之间波前面的脱离不能使它们之间的弹性介质质点运动脱节，于是，必定有一种新的扰动来填补这二个波前面的脱离。这个新扰动的波前面一定是一端与透射波的波前面相连，另一端与反射波的波前面相切，如图1-4-8所示。这个新扰动称为首波（P₁₂₁），也就是地震勘探中的折射波。由此可见，当

时，在以临界角入射后，透射波的能量主要集中在界面附近，它的能量不断地向上转化给首波，形成折射波的能量，这同前一节描述的曲线族是相符的：在临界角以后观测不到透射波。另外，这一新扰动折射波只能在临界角之外才能观测到，在震源附近是观测不到的。临界角内观测不到折射波的地段称为折射波的盲区。由上述分析可知，折射波的形成条件要比反射波苛刻得多，不仅上下界面的速度要不相等，而且必须满足下层介质的速度大于上层介质的速度这一条件，所以实际工作中地震反射界面要比地震折射界面多得多。如果说反射界面是波阻抗界面的话，则折射界面就是速度界面。

由图1-4-8可以看到，折射波的波前面在二维空间是一条直线，在三维空间上是一个圆锥（台）。由于圆锥的侧面积是πLr，故单位面积上的能通量密度（I）与其半径成反比，亦即折射波振幅A与

成反比。由此可见，由于折射波的波前面是圆锥面，所以它的波前扩散要比反射波的球面扩散慢，亦即折射波的能量随着远离震源的衰减程度要比反射波慢。

同样，当横波速度满足

时，在界面上亦会形成折射横波，其物理机制与折射纵波一样，这里就不多述。

最后，当

时，α角由0°变化到90°，总可以满足斯奈尔定律在W₁介质中形成反射。即使α＝90°时，α₂ 角也不会超过90°。因此，这种情况下不可能形成折射波。它与图1-4-6a所示的曲线结果是完全一致的。

Ⅳ 光的直线传播条件

光的直线传播条件是在同种均匀介质中。

光的直线传播不仅是在均匀介质，而且必须是同种介质。光在两种均匀介质的接触面上是要发生折射的，此时光就不是直线行进了。 用波动学解释光的传播：传播途中每一点都是一个次波点源，发射的是球面波。

光在同种均匀介质中沿直线传播，通常简称光的直线传播。它是几何光学的重要基础，利用它可以简明地解决成像问题。人眼就是根据光的直线传播来确定物体或像的位置的，这是物理光学里的一部分。

Ⅵ 急求！关于高二物理 振动波的相关概念问题！在线等！

机械振动在介质中的传播称为机械波。
机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播；而电磁波（例如光波）可以在真空中传播。机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述他们的物理量也是相同的。
常见的机械波有：水波声波、地震波。
形成与传播
形成条件
波源
波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。
波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。
介质
广义的介质可以是包含一种物质的另一种物质。在机械波中，介质特指机械波借以传播的物质。仅有波源而没有介质时，机械波不会产生，例如，真空中的闹钟无法发出声音。机械波在介质中的传播速率是由介质本身的固有性质决定的。在不同介质中，波速是不同的[1]。
下表给出了0℃时，声波在不同介质的传播速度，数据取自《普通高中课程标准实验教科书-物理（选修3-4）》(2005年)。单位v/m·s^-1[1]。
介质 空气 纯水 盐水 橡胶 软木 铜 铁
波速 332 1490 1531 30～50 480 3800 4900
传播方式与特点
质点的运动
机械波在传播过程中，每一个质点都只做上下（左右）的简谐振动，即，质点本身并不随着机械波的传播而前进，例如：人的声带不会随着声波的传播而离开口腔。
为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现已绳波（右下图）为例进行介绍，其他形式的机械波同理。
绳波绳波是一种简单的横波，在日常生活中，我们拿起一根绳子的一端进行一次抖动，就可以看见一个波形在绳子上传播，如果连续不断地进行周期性上下抖动，就形成了绳波。
把绳分成许多小部分，每一小部分都看成一个质点，相邻两个质点间，有弹力的相互作用。第一个质点在外力作用下振动后，就会带动第二个质点振动，只是质点二的振动比前者落后。这样，前一个质点的振动带动后一个质点的振动，依次带动下去，振动也就发生区域向远处的传播，从而形成了绳波。如果在绳子上任取一点系上红布条，我们还可以发现，红布条只是在上下振动，并没有随波前进。
由此，我们可以发现，介质中的每个质点，在波传播时，都只做简谐振动（可以是上下，也可以是左右），机械波可以看成是一种运动形式的传播，质点本身不会沿着波的传播方向移动。
机械波传播的本质
在机械波传播的过程中，介质里本来相对静止的质点，随着机械波的传播而发生振动，这表明这些质点获得了能量，这个能量是从波源通过前面的质点依次传来的。所以，机械波传播的实质是能量的传播，这种能量可以很小，也可以很大，海洋的潮汐能甚至可以用来发电，这是维持机械波（水波）传播的能量转化成了电能。
惠更斯原理(Huygens principle)
惠更斯原理用于解释球面波和平面波的传播，此外还可以解释波的反射、衍射的现象
在总结许多实验的基础上，荷兰科学家惠更斯提出：介质中波阵面上每一个点（有无数个）都可以看成一个新的波源，这些新的波源发出的子波。经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面[1][2]。
惠更斯原理根据惠更斯原理，我们可以解释球面波的波面是怎样形成的，右图中，点波源O发出的波在t时刻的波面是一个球面S，该球面上每一个点都可以看成一个新的点波源，它们各自向前发出球面子波，下一时刻（t+△t）新的波面S'，就是这些子波波面相切的包络面；平面波同理[1]。
惠更斯原理的局限
①没有说明子波的强度分布问题；
②没有说明波为什么只能向前传播，而不向后传播的问题。
后来，菲涅耳对惠更斯原理作了重要的补充，形成惠更斯-菲涅耳原理，这些缺陷才被克服[2]。
基本分类
横波与纵波
随着机械波的传播，介质中的质点振动起来。根据质点的振动方向和波传播的传播方向之间的关系，可以把机械波分为横波和纵波两类。
横波(transverse wave)
物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，称作横波。在横波中，凸起的最高处称为波峰，凹下的最低处称为波谷[1]。
绳波是常见的横波。
纵波(longitudinal wave)
物理学中把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波，称作纵波。质点在纵波传播时来回振动，其中质点分布最密集的地方称为密部，质点分布最稀疏的地方称为疏部。
声波是常见的纵波
描述方式
图像描述（波形曲线）
如果在绳子波动的某个时刻拍下照片，就能得到该时刻的波形。这个波形是由同一时刻具有不同位移的绳上各质点组成的。如果在波形上添加一个坐标系，就可以得到该时刻这个波的图像。用横坐标x表示沿波传播方向上各个质点的平衡位置，用纵坐标y表示各个质点离开平衡位置的大小，规定位移方向向上为正值。在坐标平面上，以某一时刻各个质点的x、y值描出各对应点，在用光滑的曲线连接起来，就得到该时刻波的图像，也称波形曲线或波形。在波的图像上，通常用箭头表示出波的传播方向。
波形曲线与振动图像有差别，振动图像是振动物体在不同时刻的位移，而波形曲线则是一个特定时刻所有质点的位移。
波形曲线上，我们可以读出同一时刻所有质点的位移、方向，以及波长、周期等物理量。
简谐波的波形曲线简谐波(simple harmonic wave)
如果介质中各个质点做简谐运动，它所形成的波就是一种最基本、最简单的波，称为简谐波，它的波形是正弦（或余弦）曲线。其他波可以看成是若干个简谐波合成的。
物理量描述
描述机械波的物理量同样适用于电磁波，因此，这里“机械波”简称“波”
波长(wave length)
沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离称作波长，常用λ表示。在横波中，波长等于“波峰-波峰”的长度或“波谷-波谷”的长度；在纵波中，波长等于“密部-密部”或“疏部-疏部”的长度。
频率与周期
波上任意一个质点完成一次全振动所需时间称为周期，常用T表示；介质中的质点每秒完成全振动的次数叫做波的频率，常用f表示。频率是周期的倒数。
波速(wave speed)
波速为波长和频率的乘积（v=λf），表示波在的传播速度。机械波在特定介质中的传播速度是固定的
物理性质
机械波的物理性质同样适用于电磁波，因此，这里“机械波”简称“波”
波的折射(refraction of wave)
在物理学中，我们把波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为折射。
在波的折射中入射波的波线与法线的夹角称为入射角，用i表示；折射波的波线与法线的夹角叫做折射角，用r表示[1]。
折射定律
进一步研究表明，波在发生折射时，入射角与折射角存在如下关系
(sin1)/(sin2)＝v1/v2＝λ1/λ2
v为波速；λ为波长
这一定律在光学中被称作斯涅耳定律。
波的反射(reflection of wave)
在物理学中，把波遇到障碍时反射回来继续传播的现象称为波的反射。
反射定律
反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线与入射波线分别位于法线两侧，入射角等于反射角。
波的干涉(interference of wave)
球面波的干涉频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象叫做波的干涉。
产生干涉的一个必要条件是，两列波的频率必须相同或者有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。
两列波的相干条件是：
①频率相同
②振动方向相同
③相位相同或相位差恒定
波的叠加原理
波的叠加原理包含了两点：
①各波源所激发的波可以在同一介质中独立地传播，它们相遇后再分开，其传播情况（频率、波长、传播方向、周相等）与未遇时相同，互不干扰，就好像其他波不存在一样；
②在相遇区域里各点的振动是各个波在该点所引起的振动的矢量和.
波的衍射(diffraction of wave)
波的衍射衍射是波的特有现象，一切波都能发生衍射.
①波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射.
②观察到明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.
③相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显。
多普勒效应
水波的多普勒效应多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。多普勒认为，物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 (蓝移 (blue shift))。在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 (红移 (red shift))。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应。