惠更斯原理波的反射和折射

第二章机械波第4节惠更斯原理波的反射与折射一、波面和波线波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线波面波线波面波线二、惠更斯原理惠更斯原理内容：介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面惠更斯荷兰物理学家t时刻波面波传播方向t+t时刻波面平面波utt+t球面波.........t时刻的波面tΔ+t时刻的波面子波波源tvΔ二、惠更斯原理1.用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面2.用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tuΔ二、惠更斯原理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。二、惠更斯原理三、波的反射波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．i'i法线平面三、波的反射1、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．2、反射规律1）入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角i’叫做反射角．2）反射定律：入射波线、法线、反射波线在同一平面内，入射波线与反射波线分居法线两侧，反射角等于入射角。3）反射波的的波长、频率、波速都跟入射波相同。4)波遇到两种介质界面时，总存在反射经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典例分析一､波的反射现象与v=λf的综合应用例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巩固练习1某测量员是这样利用回声测距的:他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪,经1.00s第1次听到回声,又经过0.5s再次听到回声,已知声速为340m/s,则两峭壁间的距离为多少米?答案:425m二､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)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巩固练习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v1v2为(C).12.21.32.23ABCD：：：：三､综合､创新与拓展例3:(2001·上海)(波的反射测车速)如下图所示,图a是高速公路上用超声波测速仪器量车速的示意图,测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和接收的信号间的时间差,测出被测物体的速度.图b中P1､P2是测速仪发出的超声波信号,n1、n2分别是P1､P2由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描,P1､P2之间的时间间隔Δt=1.0s,超声波在空气中的传播速度是v=340m/s,若汽车是匀速行驶的,则根据图b可知,汽车在接收到P1､P2两个信号之间的时间内前进的距离是______m,汽车的速度是______m/s.答案:1717.9121212121212:PPss,:2s2svt,t,PP(3.50.5)(4.41.7):'ss,b0.13.50.53400.117.22(1.02ssttssvtmmt解析设汽车在接收到､两个信号时距测速仪的距离分别为、则有其中汽车在接收到､两个信号的时间间隔内前进的距离为已知测速仪匀速扫描由图计录数据可求出汽车前进这段距离所用时间为＇12.95s,vm/s17.90.1)02m/s.170.95ssst汽车运动的速度＂梯度练习基础强化1.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答案: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答案: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,波长不变答案:B4.下列说法中正确的是()A.同一波面上各点振动情况一定相同B.同一波面上各点振动情况可以不同C.空间某一点发出的波面一定是以波源为球心的球面D.只有横波才有波面解析:某一时刻振动相同的点连接而成的面叫波面,故A选项正确,B选项错误;波面是平面的叫平面波,纵波也会形成波面,故CD选项错误.答案:A5.下列说法中正确的是()A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线与波面都相互垂直C.任何波的波线表示波的传播方向D.有些波的波面表示波的传播方向解析:波线的方向就是波的传播方向,某一时刻振动情况相同的点连接成的面叫波面,波线与波面是相互垂直的,故B､C选项正确.答案:BC6.一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1,在第二种均匀介质中的波长为λ2,且λ1=3λ2,那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A.3:1;1:1B.1:3;1:4C.1:1;3:1D.1:1;1:31122:,vf,,C.31vv解析同一列波频率不变故选项正确答案:C能力提升7.声波1与声波2在同一均匀介质中传播,其波形如下图所示,则()A.2的波速比1的波速小B.2的波速比1的波速大C.2的频率比1的频率高D.2的频率比1的频率低答案:C8.关于波的折射,下列说法正确的是()A.波从一种介质进入另一种介质时,传播方向不会发生改变B.入射角等于折射角C.入射角的正弦值等于折射角的正弦值D.入射角的正弦值与折射角正弦值之比是折射率答案:D9.一个观察者在高处用望远镜注视在地上木工以每秒2次的频率击打钉子,他听到声音恰好看到击锤动作,若观察者距木工680m,当木工停止击锤后,他还能听到几次击钉声?(声波在空气中的传播速度340m/s)解析:题中木工击钉子产生的声波属于一种脉冲波.如下图示,设脉冲的间距为d,由于声速是v=340m/s,木工击钉频率为f=2Hz,所以因此在680m的距离内有个脉冲波也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声..vdf6804170n答案:4次