2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：惠更斯原理 波的衍射、反射和折射

1、惠更斯原理 波的衍射、反射和折射一、惠更斯原理惠更斯原理（Hygens principle）：介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可看成是產(chǎn)生球面子波的波源；在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)面構(gòu)成新的波面。子波波源波陣面子波聲強(qiáng) 聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)（intensity of sound）是聲波的平均能流密度聲壓和聲強(qiáng)隨頻率增加而增大。 對(duì)于每個(gè)可聞?lì)l率，聲強(qiáng)有上下兩個(gè)限值。痛覺閾（threshold of pain）： 恰好能引起痛覺的最低聲強(qiáng)。 聽覺閾（threshold of hearing）： 恰好能引起聽覺的最低聲強(qiáng)。聲強(qiáng)的上下限值隨頻率而異。 為聲壓振幅。聲壓波比位移波在相位上超前 。 由 在1000

2、 Hz時(shí)，正常人聽覺的最高聲強(qiáng)為1 W/m2，最低聲強(qiáng)為10-12 W/m2。將I 0= 10-12 W/m2作為測(cè)定聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)。聲強(qiáng)級(jí)（sound level） 單位為B（貝爾） 幾種典型聲音的聲強(qiáng)級(jí)：聚焦超聲波210 dB炮聲110 dB細(xì)語10 dB單位為dB（分貝）例 人耳可以聽見的最低聲強(qiáng)為10-12 W/m2，試求出聲波在傳播過程中空氣分子做正弦振動(dòng)的最小振幅。設(shè)空氣的密度為 =1.2910-3 kg/m3，聲音在空氣中的傳播速度 u =340 m/s。解：由式可得振幅將對(duì)人耳比較靈敏的頻率 =1000 Hz 代入，得例頻率為500 kHz，聲強(qiáng)為1200 W/m2，聲速為1500

3、 m/s 的超聲波，在水(水的密度為1 g/cm3)中傳播時(shí)，求其聲壓振幅為多少大氣壓? 又位移振幅、加速度振幅各為多少？ 解： I = 1200 W/m2， = 1103 kg/m3超聲波產(chǎn)生超聲波的裝置：超聲波（supersonic wave）： f 20 000 Hz機(jī)械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨）電聲型超聲發(fā)生器（利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成）超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，具有以下特性： 定向性好、穿透性強(qiáng)、強(qiáng)度大、空化作用。 超聲波在科學(xué)研究和生產(chǎn)上的應(yīng)用 聲納探測(cè)器: 船只上的發(fā)射器先向海底發(fā)射超聲波，然后通過儀器接收和分析反射回來的訊息，從而得到整個(gè)海床

4、的面貌. 超聲波頻率高（ 可達(dá) ）、 能量大、穿透本領(lǐng)大，可用于測(cè)量海洋深度，海底地形，探測(cè)沉船和魚群；工業(yè)探傷; 醫(yī)學(xué)上用超聲波顯示人體內(nèi)部病變部分圖象等.1. 在檢測(cè)中的應(yīng)用 B超: 因?yàn)椴煌眢w構(gòu)造反射是不同的，所以高頻率聲音 ( 超聲波 ）可用來作醫(yī)學(xué)成像. 越短的波長(zhǎng)，得到的解像度就越高.2. 在加工處理和醫(yī)學(xué)治療中的應(yīng)用 超聲波在液體中會(huì)引起空化作用, 它可用于搗碎藥物制成各種藥劑, 食品工業(yè)上用于制作調(diào)味劑, 建筑業(yè)上用于制作水泥乳燭液. 超聲波可以用來弄碎腎石, 消毒食物，因?yàn)楦咚俚恼駝?dòng)會(huì)令細(xì)菌難以抵抗. 超聲波亦可以用來清除眼鏡或飾物的污垢. 多普勒超聲波掃描術(shù): 利用多普勒

5、效應(yīng), 反射超聲波物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變回聲的頻率,可測(cè)量血流速度.3. 超聲電子學(xué) 利用超聲元件代替電子元件制作在 內(nèi)的延遲線, 振蕩器, 諧振器, 帶通濾波器等儀器, 可廣泛用于電視、通訊、雷達(dá)等方面.次聲波 次聲波（infrasonic wave） ：10-4 Hz f 20 Hz 次聲波產(chǎn)生的聲源相當(dāng)廣泛：火山爆發(fā)、墜入大氣層中的流星、極光、地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、雷暴、龍卷風(fēng)、電離層擾動(dòng)，等等。利用人工的方法也能產(chǎn)生次聲波，例如核爆炸、火箭發(fā)射、化學(xué)爆炸，等等。 由于次聲波的頻率很低，其最顯著的特點(diǎn)是不容易被吸收，具有極強(qiáng)的穿透力，不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還 能穿透堅(jiān)固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至坦克、軍艦、潛艇和飛機(jī)，傳播距離很遠(yuǎn)。 1883年8月27日印度尼西亞的喀拉喀托火山爆發(fā)時(shí)，它所產(chǎn)生的次聲波圍繞地球轉(zhuǎn)了三圈，傳播了十幾萬千米。當(dāng)時(shí)，人們利用簡(jiǎn)單的微氣壓計(jì)曾記錄到它。次聲波不但“跑”得遠(yuǎn)，而且它的速度大于風(fēng)暴傳播的速度，所以它就成了海洋風(fēng)暴來臨的前奏曲，人們可以利用次聲波來預(yù)報(bào)風(fēng)暴的來臨。 次聲穿透人體時(shí)，不僅能使人產(chǎn)