选修3-4 2.4 惠更斯原理-波的反射与折射

第4节惠更斯原理波的反射与折射一、波动中的几个概念1.波线从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线。2.波面从波源发出的波经过同一传播时间到达的各点所组成的面，叫做波面。3.波前最前面的波面叫波前。波线平面波球面波波前波面波线波面波前按波面形状可分为平面波和球面波介质中波前上的各点，都可以看做是一个新的波源（子波源），并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面。二惠更斯原理一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面荷兰物理学家惠更斯球面波平面波O1R2Rvt.........t时刻的波面tΔ+t时刻的波面子波波源tuΔ平面波的惠更斯原理解释球面波的惠更斯原理解释................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tuΔ利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。例如当波在均匀的各向同性介质中传播时，波面的几何形状总是保持不变的。克里斯蒂安·惠更斯惠更斯：(ChristianHaygen，1629—1695)荷兰物理学家、数学家、天文学家。1629年出生于海牙。1655年获得法学博士学位。1663年成为伦敦皇家学会的第一位外国会员。克里斯蒂安·惠更斯（ChristianHuygens1629-1695）是与牛顿同一时代的科学家，是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。经t后，B点发射的子波到达界面处B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。三、波的反射用惠更斯原理解释波的反射i'ii'iABacba`c`b`由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点``AABB```AABBABABBABA```ii`证毕tvA`B`生活中反射现象的思考1．回声是声波的反射现象．原因是对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．2．夏日的雷声轰鸣不绝．原因是声波在云层界面多次反射．3．在空房间里讲话感觉声音响．原因是：声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．4．水波传到岸边也会发生反射现象．蝙蝠的“眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。雷达和隐形飞机：雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个隐形飞机F—117飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。B超工作原理人耳的听觉范围有限度，只能对20-20000赫兹的声音有感觉，20000赫兹以上的声音就无法听到，这种声音称为超声。和普通的声音一样，超声能向一定方向传播，而且可以穿透物体，如果碰到障碍，就会产生回声，不相同的障碍物就会产生不相同的回声，人们通过仪器将这种回声收集并显示在屏幕上，可以用来了解物体的内部结构。利用这种原理，人们将超声波用于诊断和治疗人体疾病。界面介质I介质II四、波的折射折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射ir法线3.折射定律：（1）入射线、法线、折射线在同一平面内；（2）入射线与折射线分居法线两侧；（3）入射角正弦与折射角正弦之比等于波在第一种介质中传播速度与在第二种介质中传播速度之比。21sinsinvvri（4）在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。2112vvn介质的折射率21vv是只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第一种介质对第二种介质的折射率，用n12表示。2112vvn提问：发生折射原因是什么？由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点irABCDirtv1经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，ADBDisinADtv1ADACrsinADtv221sinsinvvri证毕用惠更斯原理解释波的折射四、波的折射tv2例1:某物体发出的声音在空气中的波长为1m,波速为340m/s,在海水中的波长为4.5m,此物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声,则海水深为多少米?答案:382.5m对波的折射定律的理解例2:如下图所示,是声波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况,由图判断下列说法中正确的是()A.入射角大于折射角,声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速B.入射角大于折射角,Ⅰ可能是空气,Ⅱ可能是水C.入射角小于折射角,Ⅰ可能是钢铁,Ⅱ可能是空气D.介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足1221vsinvsinA练习2如图所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象,已知波在介质Ⅰ中的波速为v1,波在介质Ⅱ中的波速为v2,则v1比v2为().12.21.32.23ABCD：：：：C1.下列说法正确的是()A.入射波面与法线的夹角为入射角B.入射波面与界面的夹角为入射角C.入射波线与法线的夹角为入射角D.反射角跟入射角相等CD2.下列说法中正确的是()A.入射波的波长和反射波的波长相等B.入射波的波长大于折射波的波长C.入射波的波长小于折射波的波长D.入射角与折射角的比等于两波速比A3.一列声波从空气传入水中,已知水中声速较大()A.声波频率不变,波长变小B.声波频率不变,波长变大C.声波频率变小,波长变大D.声波频率变大,波长不变B小结：一、波动中的几个概念波线波面波前二惠更斯原理三、波的反射四、波的折射