波的反射和折射課件

§2.3

波的反射和折射波面波線一、幾個(gè)概念：波面和波線1、波面：從波源發(fā)出的波經(jīng)過(guò)同一傳播時(shí)間而達(dá)到的各點(diǎn)所組成的面叫做波面。注意：同一波面上各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)相同的波前：最前面的波面叫波前平面波：波面是平面的波稱為平面波

球面波：波面是球面的波稱為球面波2、波線：用來(lái)表示波的傳播方向的線，

跟各個(gè)波面垂直的線叫做波線。特點(diǎn)：波線與波面互相垂直平面波的波線：垂直于波面的平行線球面波的波線：沿著以波源為中心的半徑方向向外的射線。(Christian

Huygens

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?？死锼沟侔病せ莞故桥c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。克里斯蒂安·惠更斯二、惠更斯原理平面波的波前球面波的波前t時(shí)刻波前波源

惠更斯原理內(nèi)容：介質(zhì)中

任意波面

上的各點(diǎn)都可

作發(fā)射子波的波源。其后任意時(shí)刻,這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面。這就是惠更斯原理子波t+△t時(shí)刻波前球面波平面波.....傳

播方向t

+Δt

時(shí)刻波前t

時(shí)刻波前傳播方向t

時(shí)刻波前t

+

Δt

時(shí)刻波前vΔtvΔt二、惠更斯原理...

.

.波源.

.

.球面波的波面和波線平面波的波面和波線二、惠更斯原理.

.

.

.

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.子波波源vΔt二、惠更斯原理用惠更斯原理確定下一時(shí)刻平面波的波面t+Δt時(shí)刻的波面t時(shí)刻的波面利用惠更斯原理可以由已知的波面通過(guò)幾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)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，波面的幾何形狀總是保持不變的。....

...........子波波源的波面vΔ

t

.t

時(shí)刻的波面二、惠更斯原理用惠更斯原理確定下一時(shí)刻球面波的波面t

+Δ

t

時(shí)刻反射波的波線與平面法線的夾角i

′叫做反射角。1定義：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．入射角（i）：入射波的波線與平面法線的夾角i叫做入射角。反射角（i′）：法線平面三、用惠更斯原理解釋波的反射Aab

c`c

Bb`由惠更斯原理，AB為波的一個(gè)波面經(jīng)Δt后，B點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處B`點(diǎn)，A點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)A`點(diǎn)。同種介質(zhì)，波速不變。a`A`B`三、用惠更斯原理解釋波的反射反射定律：內(nèi)容：入射線、法線、反射線在

同一平面內(nèi)，入射線與反射線分

居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。法線平面三、用惠更斯原理解釋波的反射注意：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。生活中波的反射現(xiàn)象的思考回聲是聲波的反射現(xiàn)象．對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話，聲波傳到山崖或高墻時(shí)，會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播．夏日的雷聲轟鳴不絕．聲波在云層界面多次反射．在空房間里講話感覺(jué)聲音響．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(kāi)相差0.1s以上的聲音．所以，在房間里聽(tīng)不到回聲，人在房間里講話感覺(jué)聲音比在野外大，而普通房間里的幔帳、地毯、衣物等會(huì)吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果．蝙蝠的“眼睛”：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。雷達(dá)和隱形飛機(jī)：雷達(dá)是利用無(wú)線電波發(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)隱形飛機(jī)F—117飛機(jī)表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。B超工作原理人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍有限度，只能

對(duì)20-20000赫茲的聲音有感覺(jué)，

20000赫茲以上的聲音就無(wú)法聽(tīng)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(guò)儀器將這種回聲收集并顯示在屏幕上，可以用來(lái)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。界面介質(zhì)I介質(zhì)II1

、定義：

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)象叫做波的折射折射角（r）：折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角。拆射定律：（1）波在介質(zhì)中發(fā)生折射時(shí)，入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線和折射線分別位于法線兩側(cè)（2）法線四、用惠更斯原理解釋波的折射當(dāng)v1＞v2時(shí),i

＞γ即折射線偏向法線；當(dāng)v1＜v2時(shí),i

＜γ即折射線偏離法線；當(dāng)垂直界面入射時(shí)，i

=0，γ=0，傳播方向不變，但仍發(fā)生了折射現(xiàn)象四、用惠更斯原理解釋波的折射波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同注意：當(dāng)入射波速度大于折射波速度時(shí)，折射角折向法線。當(dāng)入射波速度小于折射波速度時(shí)，折射角折離法線。當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，但波速改變。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。由惠更斯原理，A、B為同一波面上的兩點(diǎn)經(jīng)Δt后，B點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處D點(diǎn)，A點(diǎn)的到達(dá)C點(diǎn)，證畢用惠更斯原理解釋波的折射1.下列說(shuō)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:CD基礎(chǔ)強(qiáng)化2.下列說(shuō)法中正確的是(

)A.入射波的波長(zhǎng)和反射波的波長(zhǎng)相等

B.入射波的波長(zhǎng)大于折射波的波長(zhǎng)

C.入射波的波長(zhǎng)小于折射波的波長(zhǎng)

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(zhǎng)變小

B.聲波頻率不變,波長(zhǎng)變大

C.聲波頻率變小,波長(zhǎng)變大

D.聲波頻率變大,波長(zhǎng)不變

答案:B下列說(shuō)法中正確的是(

)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:A5.下列說(shuō)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:BC能力提升6.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:C7.一個(gè)觀察者在高處用望遠(yuǎn)鏡注視在地上木工以每

秒2次的頻率擊打釘子,他聽(tīng)到聲音恰好看到擊錘動(dòng)作,若觀察者距木工680

m,當(dāng)木工停止擊錘后,他還能聽(tīng)到幾次擊釘聲?(聲波在空氣中的傳播速度

340

m/s)解析:題中木工擊釘子產(chǎn)生的聲波屬于一種脈沖波.如下圖示,

設(shè)脈沖的間距為d,由于聲速是v=340

m/s,木工擊釘頻率為f=2Hz,所以因此在680m的距離內(nèi)有 個(gè)脈沖波

也就是說(shuō)木工停止擊釘后還能聽(tīng)到4次擊釘聲.答案:4次8:(2001·上海)(波的反射測(cè)車速)如下圖所示,圖a是高速公路上用

超聲波測(cè)速儀器量車速的示意圖,測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào),根據(jù)發(fā)出和接收的信號(hào)間的時(shí)間差,測(cè)出被測(cè)物體的速度.圖b中P1?