四、波的反射和折射

第十二章机械波四、波的反射和折射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。蝙蝠的“眼睛”隐形飞机F—117雷达确定目标示意图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，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。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．惠更斯C.Huygens荷兰物理学家(1629-1695)返回结束一、惠更斯原理波动所到达的媒质中各点，都可以看作为发射子波的波源，而后一时刻这些子波的包迹便是新的波阵。一、惠更斯原理内容介质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。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，用上述作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。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tuΔ用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波前用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波前................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tuΔ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．3．反射规律入射角（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．反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。用惠更斯原理解释波的反射反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．波遇到两种介质界面时，总存在反射．练习1：某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340m/s，那么它至少要离障碍物多远?四、波的折射波的折射：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．2．折射规律：1、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．2、折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：21sinsinvvri折射波的频率、波速、波长与入射波的相等吗？为何？折射规律c：折射波的波速、波长均发生改变a：入射波波线与折射波波线及界面法线在同一平面内；b：折射波频率等于入射波频率.波速不同传播方向改变21sinsinvvri折射率：由于一定的介质中的波速是一定的，所以Ｖ１／Ｖ２是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率．1122vnv由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点，A、B点会发射子波，irABCDitu2rtu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sinADtu1ADACrsinADtu221sinsinuuritt//212121n证毕定理证明:当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．波的反射规律：1．入射波波线反射波波线和法线在同一平面内．２．反射角等于入射角．定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。｛｛小结规律：波的折射定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。１．入射波波线折射波波线和法线在同一平面内．２．21sinsinvvri｛｛人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样．平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变的。“B超”是亮度调制型超声诊断仪的简称。由于能在荧光屏上显示出断面图像，所以又称断面显像仪。它所显示的图像具有与人体解剖位置直接对应的特点，所以十分直观，使用方便，诊断正确率高。近年来，B型超声显象仪已被用于许多脏器的检查，但脑和眼等部位的辅助检查仍以A型为主。B超