惠更斯原理波的反射和折射

1、第二章 機(jī)械波第4節(jié) 惠更斯原理 波的反射與折射一、波面和波線一、波面和波線波面： 同一時(shí)刻，介質(zhì)中處于波峰或波谷的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的面叫做波面波線： 用來表示波的傳播方向的跟各個(gè)波面垂直的線叫做波線波面波線波面波線二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 惠更斯原理內(nèi)容：惠更斯原理內(nèi)容：介質(zhì)中任意波面上的各介質(zhì)中任意波面上的各點(diǎn)都可看作發(fā)射點(diǎn)都可看作發(fā)射子波子波的波源。其后任意時(shí)刻的波源。其后任意時(shí)刻, ,這些子波在波前進(jìn)方向這些子波在波前進(jìn)方向的的包絡(luò)面包絡(luò)面就是新的波面就是新的波面惠惠 更更 斯斯荷蘭物理學(xué)家荷蘭物理學(xué)家t t時(shí)刻波面時(shí)刻波面波傳播方向波傳播方向t+t+ t t時(shí)刻波面時(shí)刻波面平面波平面

2、波u u t tt+ t+ t t球面波球面波. . . . . . . . .t 時(shí)刻的波面t+t時(shí)刻的波面子波波源tv二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 1.1.用惠更斯原理確定下一時(shí)刻平面波的波面用惠更斯原理確定下一時(shí)刻平面波的波面2.用惠更斯原理確定下一時(shí)刻球面波的波面用惠更斯原理確定下一時(shí)刻球面波的波面.子波波源子波波源t+t時(shí)刻時(shí)刻的波面的波面t 時(shí)刻時(shí)刻的波面的波面tu二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 利用惠更斯原理可以由已知的波面通過幾利用惠更斯原理可以由已知的波面通過幾何作圖方法確定下一時(shí)刻的波面，從而確定波何作圖方法確定下一時(shí)刻的波面，從而確定波的傳播方向。例如當(dāng)波在均勻的各向同

3、性介質(zhì)的傳播方向。例如當(dāng)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，波面的幾何形狀總是保持不變的。中傳播時(shí)，波面的幾何形狀總是保持不變的。二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 三、波的反射三、波的反射 波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射叫做波的反射 i i法線法線平面平面 三、三、波的反射波的反射 1 1、波遇到障礙物會(huì)返回來繼、波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射反射 2 2、反射規(guī)律、反射規(guī)律1 1）入射角（）入射角（i）和反射角（）和反射角（i）：入射波的波線與平面法線的夾）：入射波的波線與平面法線的夾角角i叫做入

4、射角反射波的波線與平面法線的夾角叫做入射角反射波的波線與平面法線的夾角i 叫做反射叫做反射角角 2）反射定律：入射波線、法線、反射波線在同一平面內(nèi)，入射）反射定律：入射波線、法線、反射波線在同一平面內(nèi)，入射波線與反射波線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。波線與反射波線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。3）反射波的的波長、頻率、波速都跟入射波相同。）反射波的的波長、頻率、波速都跟入射波相同。4 ) 波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射生活中反射現(xiàn)象的思考1回聲是聲波的反射現(xiàn)象原因是對(duì)著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時(shí)，會(huì)被反射回來繼續(xù)傳播2夏日的雷聲轟鳴不絕原因是聲波

5、在云層界面多次反射3在空房間里講話感覺聲音響原因是：聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時(shí)，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時(shí)到達(dá)人耳人耳只能分開相差0.1s以上的聲音所以，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會(huì)吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果4水波傳到岸邊也會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世紀(jì)，意大利教士兼生物學(xué)家斯帕蘭扎世紀(jì)，意大利教士兼生物學(xué)家斯帕蘭扎尼研究蝙蝠在夜間活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確尼研究蝙蝠在夜間活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒2萬到萬到10萬赫茲之

6、間，萬赫茲之間，我們的耳朵對(duì)這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲我們的耳朵對(duì)這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲波稱為超聲波。波稱為超聲波。蝙蝠發(fā)出超聲波，然后借助物體反射回來的蝙蝠發(fā)出超聲波，然后借助物體反射回來的回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運(yùn)動(dòng)方式回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運(yùn)動(dòng)方式。 雷達(dá)和隱形飛機(jī)：雷達(dá)和隱形飛機(jī)：雷達(dá)是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定其位雷達(dá)是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定其位置的設(shè)備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，置的設(shè)備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，當(dāng)雷達(dá)波碰到飛行目標(biāo)當(dāng)雷達(dá)波碰到飛行目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈）等

7、時(shí)，一部分雷達(dá)波便會(huì)飛機(jī)、導(dǎo)彈）等時(shí)，一部分雷達(dá)波便會(huì)反射反射回來，根據(jù)反射雷達(dá)波的時(shí)間和方位便可以計(jì)算出飛行目回來，根據(jù)反射雷達(dá)波的時(shí)間和方位便可以計(jì)算出飛行目標(biāo)的位置。由于一般飛機(jī)的外形比較復(fù)雜，總有許多部分能夠標(biāo)的位置。由于一般飛機(jī)的外形比較復(fù)雜，總有許多部分能夠強(qiáng)烈反射雷達(dá)波，因此整個(gè)隱形飛機(jī)強(qiáng)烈反射雷達(dá)波，因此整個(gè)隱形飛機(jī)F117飛機(jī)表面涂以黑色飛機(jī)表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。的吸收雷達(dá)波的涂料。 B超工作原理n人耳的聽覺范圍有限度，只能對(duì)20-20000赫茲的聲音有感覺，20000赫茲以上的聲音就無法聽到，這種聲音稱為超聲。和普通的聲音一樣，超聲能向一定方向傳播，而且可以穿透物

8、體，如果碰到障礙，就會(huì)產(chǎn)生回聲，不相同的障礙物就會(huì)產(chǎn)生不相同的回聲，人們通過儀器將這種回聲收集并顯示在屏幕上，可以用來了解物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。利用這種原理，人們將超聲波用于診斷和治療人體疾病。 界面界面介質(zhì)介質(zhì)I I介質(zhì)介質(zhì)IIII四、波的折射四、波的折射 折射角（折射角（r r）：）： 折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r r叫做折射角叫做折射角 波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射ir法線法線3. 折射定律折射定律：（1）入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)；）

9、入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)；（2）入射線與折射線分居法線兩側(cè)；）入射線與折射線分居法線兩側(cè)；（3）入射角正弦與折射角正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中傳）入射角正弦與折射角正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中傳播速度與在第二種介質(zhì)中傳播速度之比。播速度與在第二種介質(zhì)中傳播速度之比。21sinsinvvri（4）在折射中，頻率不變，波速和波長都會(huì)發(fā)生改變。）在折射中，頻率不變，波速和波長都會(huì)發(fā)生改變。2112vvn介質(zhì)的折射率21vv 是只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)而與入射角度無是只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)而與入射角度無關(guān)的常數(shù)，叫做第一種介質(zhì)對(duì)第二種介質(zhì)的折射率，關(guān)的常數(shù)，叫做第一種介質(zhì)對(duì)第二種介質(zhì)的折射率，用

10、用n12表示。表示。2112vvn提問：發(fā)生折射原因是什么？提問：發(fā)生折射原因是什么？典 例 分 析一 波的反射現(xiàn)象與v=f的綜合應(yīng)用例1:某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m,波速為340 m/s,在海水中的波長為4.5 m,此物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5 s聽到回聲,則海水深為多少米?答案:382.5 m鞏固練習(xí)1 某測(cè)量員是這樣利用回聲測(cè)距的:他站在兩平行峭壁間某一位置鳴槍,經(jīng)1.00 s第1次聽到回聲,又經(jīng)過0.5 s再次聽到回聲,已知聲速為340 m/s,則兩峭壁間的距離為多少米?答案:425 m二 對(duì)波的折射定律的理解例2:如下圖所示,是聲波由介質(zhì)進(jìn)入介質(zhì)的折射情況,由圖判斷下

11、列說法中正確的是( A)A.入射角大于折射角,聲波在介質(zhì)中的波速大于它在介質(zhì)中的波速B.入射角大于折射角,可能是空氣,可能是水C.入射角小于折射角,可能是鋼鐵,可能是空氣D.介質(zhì)中波速v1與介質(zhì)中波速v2滿足1221vsinvsin鞏固練習(xí)2 如圖所示是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中發(fā)生的現(xiàn)象,已知波在介質(zhì)中的波速為v1,波在介質(zhì)中的波速為v2,則v1：v2為( C ).12. 21. 32. 23ABCD：1.下列說法正確的是( )A.入射波面與法線的夾角為入射角B.入射波面與界面的夾角為入射角C.入射波線與法線的夾角為入射角D.反射角跟入射角相等答案:CD2.下列說法中正確的是( )

12、A.入射波的波長和反射波的波長相等B.入射波的波長大于折射波的波長C.入射波的波長小于折射波的波長D.入射角與折射角的比等于兩波速比答案:A3.一列聲波從空氣傳入水中,已知水中聲速較大( )A.聲波頻率不變,波長變小B.聲波頻率不變,波長變大C.聲波頻率變小,波長變大D.聲波頻率變大,波長不變答案:B4.下列說法中正確的是( )A.同一波面上各點(diǎn)振動(dòng)情況一定相同B.同一波面上各點(diǎn)振動(dòng)情況可以不同C.空間某一點(diǎn)發(fā)出的波面一定是以波源為球心的球面D.只有橫波才有波面解析:某一時(shí)刻振動(dòng)相同的點(diǎn)連接而成的面叫波面,故A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;波面是平面的叫平面波,縱波也會(huì)形成波面,故CD選項(xiàng)錯(cuò)誤.答案:

13、A5.下列說法中正確的是( )A.只有平面波的波面才與波線垂直B.任何波的波線與波面都相互垂直C.任何波的波線表示波的傳播方向D.有些波的波面表示波的傳播方向解析:波線的方向就是波的傳播方向,某一時(shí)刻振動(dòng)情況相同的點(diǎn)連接成的面叫波面,波線與波面是相互垂直的,故B C選項(xiàng)正確.答案:BC6.一列波在第一種均勻介質(zhì)中的波長為1,在第二種均勻介質(zhì)中的波長為2,且1=32,那么波在這兩種介質(zhì)中的頻率之比和波速之比分別為( )A.3:1;1:1B.1:3;1:4C.1:1;3:1D.1:1;1:31122:,vf,C.31vv解析 同一列波頻率不變故 選項(xiàng)正確答案答案:C能力提升7.聲波1與聲波2在同一均勻介質(zhì)中傳播,其波形如下圖所示,則( )A.2的波速比1的波速小B.2的波速比1的波速大C.2的頻率比1的頻率高D.2的頻率比1的頻率低答案答案:C8.關(guān)于波的折射,下列說法正確的是( )A.波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向不會(huì)發(fā)生改變B.入射角等于折射角C.入射角的正弦值等于折射角的正弦值D.入射角的正弦值與折射角正弦值之比是折射率答案:D9.一個(gè)觀察者在高處用望遠(yuǎn)