波的反射和折射

第4節(jié)惠更斯原理波的反射和折射18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(lái)確定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒2萬(wàn)到10萬(wàn)赫茲之間，我們的耳朵對(duì)這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽(tīng)不到的。這樣的聲波稱(chēng)為超聲波。蝙蝠發(fā)出超聲波，然后借助物體反射回來(lái)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。蝙蝠的“眼睛”隱形飛機(jī)F—117雷達(dá)確定目標(biāo)示意圖雷達(dá)是利用無(wú)線(xiàn)電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定其位置的設(shè)備。由于無(wú)線(xiàn)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)(飛機(jī)、導(dǎo)彈）等時(shí)，一部分雷達(dá)波便會(huì)反射回來(lái)，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，總有許多部分能夠強(qiáng)烈反射雷達(dá)波，因此整個(gè)飛機(jī)表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。雷達(dá)與隱形飛機(jī)課題：波的反射和折射一、波動(dòng)中的幾個(gè)概念1.波面振動(dòng)狀態(tài)相同的各點(diǎn)組成的曲面。3.波前某一時(shí)刻波動(dòng)所達(dá)到最前方的各點(diǎn)所連成的曲面,也就是新的波面波線(xiàn)平面波球面波波前波面波線(xiàn)波面波前2.波線(xiàn)用來(lái)表示波的傳播方向的跟各個(gè)波面垂直的線(xiàn)叫做波線(xiàn)．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．都可以看作為發(fā)射子波的波源，而后一時(shí)刻二、惠更斯原理惠更斯原理：波動(dòng)所到達(dá)的媒質(zhì)中各點(diǎn)，這些子波的包跡便是新的波陣面。.........t時(shí)刻的波面tΔ+t時(shí)刻的波面子波波源tuΔ用惠更斯原理確定下一時(shí)刻平面波的波前演示用惠更斯原理確定下一時(shí)刻球面波的波前................子波波源tΔ+t時(shí)刻的波面t時(shí)刻的波面tuΔ演示克里斯蒂安·惠更斯惠更斯：(ChristianHaygen，1629—1695)荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。1629年出生于海牙。1655年獲得法學(xué)博士學(xué)位。1663年成為倫敦皇家學(xué)會(huì)的第一位外國(guó)會(huì)員。克里斯蒂安·惠更斯（ChristianHuygens1629-1695）是與牛頓同一時(shí)代的科學(xué)家，是歷史上最著名的物理學(xué)家之一，他對(duì)力學(xué)的發(fā)展和光學(xué)的研究都有杰出的貢獻(xiàn)，在數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面也有卓越的成就，是近代自然科學(xué)的一位重要開(kāi)拓者。二．波的反射

波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射．

點(diǎn)擊下圖觀看動(dòng)畫(huà)3．反射規(guī)律入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波線(xiàn)與平面法線(xiàn)的夾角i叫做入射角．反射波的波線(xiàn)與平面法線(xiàn)的夾角i’叫做反射角．

反射定律：入射線(xiàn)、法線(xiàn)、反射線(xiàn)在同一平面內(nèi)，入射線(xiàn)與反射線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側(cè)，反射角等于入射角。演示i

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A1A2A3B2B3B1NNAId時(shí)刻t在時(shí)刻t，波陣面與圖面的交線(xiàn)AA3到達(dá)圖示的位置，A點(diǎn)和界面相遇。此后AA3上個(gè)點(diǎn)將依次到達(dá)界面。設(shè)經(jīng)過(guò)相等的時(shí)間此波陣面與圖面的交線(xiàn)依次與分界面在B1、B2、B3相遇，而在，A3點(diǎn)到達(dá)B3點(diǎn)。用惠更斯原理解釋波的反射B2B3B1NNAIL時(shí)刻t+△t做出此時(shí)刻界面上各點(diǎn)發(fā)出的子波的包跡。因?yàn)椴ㄔ谕唤橘|(zhì)中傳播，速度不變，所以在時(shí)刻，從A、B1、B2、發(fā)出的子波的半徑分別是d，2d/3，d/3。其中這些子波的包跡面也是與圖面垂直的平面。它與圖面的交線(xiàn)為B3D，而且，DB3=AA3。做垂直于此波陣面的直線(xiàn)，即得反射線(xiàn)。與入射波陣面AA3垂直的線(xiàn)稱(chēng)為入射線(xiàn)。B2B3B1NNAIL時(shí)刻t+△tA3D結(jié)論1）反射（波）線(xiàn)、入射（波）線(xiàn)和界面的法線(xiàn)在同一平面內(nèi)；2）反射角等于入射角。反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同．波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射．

二、波的折射

波的折射：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．點(diǎn)擊下圖觀看動(dòng)畫(huà)2．折射規(guī)律：

1、折射角（r）：折射波的波線(xiàn)與兩介質(zhì)界面法線(xiàn)的夾角r叫做折射角．

演示2、折射定律：入射線(xiàn)、法線(xiàn)、折射線(xiàn)在同一平面內(nèi)，入射線(xiàn)與折射線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比：由惠更斯原理，A、A3為同一波面上的兩點(diǎn)，A、A3點(diǎn)達(dá)到界面發(fā)射子波，經(jīng)t后，A3點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處B3點(diǎn)，A點(diǎn)的到達(dá)B點(diǎn)?；莞乖斫忉尣ǖ恼凵鋾r(shí)刻t+△tⅠⅡB2B3B1NNAIBRABDCi

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A1A2A3B2B3B1NNAIdⅠⅡⅠⅡ時(shí)刻t時(shí)刻t+△tB2B3B1NNAIBR所以v1/v2為第二種介質(zhì)相對(duì)第一種介質(zhì)的折射率。由于結(jié)論折射定律：入射線(xiàn)、法線(xiàn)、折射線(xiàn)在同一平面內(nèi)，入射線(xiàn)與折射線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比：當(dāng)入射速度大于折射速度時(shí)，折射角折向法線(xiàn).當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射角折離法線(xiàn).當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，屬折射中的特例．在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長(zhǎng)都發(fā)生改變．

波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同．

當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分反射形成反射波，另一部分進(jìn)入介質(zhì)形成折射波。①.入射線(xiàn)、反射線(xiàn)和界面的法線(xiàn)在同一平面上；（1）反射定律②.反射角等于入射角。①.入射線(xiàn)、折