高中物理教科版選修(3-4)2.4 教學(xué)課件 《惠更斯原理 波的反射與折射》(教科版)

第二章·機(jī)械波第四節(jié)惠更斯原理波的反射與折射蝙蝠的“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時，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2萬到10萬赫茲之間，我們的耳朵對這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲波稱為超聲波。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)動方式。隱形飛機(jī)F—117雷達(dá)確定目標(biāo)示意圖雷達(dá)是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測定其位置的設(shè)備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，當(dāng)雷達(dá)波碰到飛行目標(biāo)(飛機(jī)、導(dǎo)彈）等時，一部分雷達(dá)波便會反射回來，根據(jù)反射雷達(dá)波的時間和方位便可以計(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，因此整個飛機(jī)表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。一、波面、波前和波線波面：振動狀態(tài)相同的質(zhì)點(diǎn)組成的面。水波的波面是一個個圓；空間一點(diǎn)發(fā)出的球面波，波面是以波源為球心的一個個球面；對于平行光（光也是一種波）波面是平面(類比等勢面）。波線：箭頭表示波的傳播方向的線（類比電場線）波面和波線的關(guān)系：垂直（類似電場線與等勢面的關(guān)系）波前：最前面的波面叫做波前。二、惠更斯原理內(nèi)容：波在傳播過程中所達(dá)到的每一點(diǎn)都可以看做新的波源，從這一點(diǎn)發(fā)出的球面形狀的子波，其后任意時刻這些子波波前的包絡(luò)面就是新的波前。(一些幾何圖形的公切面，被稱為這些圖形的包絡(luò)面)克里斯蒂安·惠更斯(ChristianHuygens，1629—1695)荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。克里斯蒂安·惠更斯是與牛頓同一時代的科學(xué)家，是歷史上最著名的物理學(xué)家之一，他對力學(xué)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)的一位重要開拓者。.........t時刻的波前tΔ+t時刻的波前子波波源tvΔ確定下一時刻平面波的波面確定下一時刻球面波的波面................子波波源tΔ+t時刻的波前t時刻的波前tuΔ哦！作用：由已知的波面通過幾何作圖方法確定下一時刻平面波、球面波等的波面，根據(jù)兩者（波線與波面）的垂直關(guān)系，從而確定波的傳播方向，所以惠更斯原理又叫惠更斯作圖法。三、波的反射反射角i’：反射波的波線與平面法線的夾角入射角i：入射波的波線與平面法線的夾角波在傳播過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象規(guī)律（與光的反射定律相同）：1、入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射角等于反射角2、反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同．經(jīng)t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。波的反射定律證明由惠更斯原理，A、B為同一波面上的兩點(diǎn)，A`、B`為同一波面上的兩點(diǎn)。四、波的折射折射角（r）：折射波的波線與法線的夾角波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生了偏折的現(xiàn)象折射的原因：波在不同介質(zhì)中速度不同由惠更斯原理A、B為同一波面上的兩點(diǎn)經(jīng)t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)，折射定律：（1）入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)；（2）入射線與折射線分局居法線兩側(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)中傳播速度與在第二種介質(zhì)中傳播速度之比：（4）在折射中，頻率不變，波速和波長都會發(fā)生改變。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)對第二種介質(zhì)的折射率，用n12表示。1.當(dāng)入射速度大于折射速度時，折射波線靠攏法線；當(dāng)入射速度小于折射速度時，折射波線遠(yuǎn)離法線。2.當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例3.在波的折射中，波的頻率不改變，波速、波長都發(fā)生改變注意：猜想：波的反射、折射與光遵守同樣的規(guī)律，那光是波或波是光呢？小試身手1.一列聲波在空氣中的波長為25cm，傳播速度為340m/s，這列聲波傳入另一種介質(zhì)中時，波長變?yōu)?0c