六、惠更斯原理

1、第十二章第十二章 机械波机械波六、惠更斯原理六、惠更斯原理【演示演示】在水槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片在水槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上，当金属片振动时，金属丝周期性的触动水面，形成上，当金属片振动时，金属丝周期性的触动水面，形成波源，观察现象。波源，观察现象。（1 1）水面上形成一列圆形波）水面上形成一列圆形波（2 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷动画模拟动画模拟 波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的波面：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

2、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垂直的线叫做波线 一、波面和波线一、波面和波线 惠 更 斯C.Huygens荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)二、惠更斯原理二、惠更斯原理介质中任一波面上的介质中任一波面上的各点，各点， 都可以看做发都可以看做发射射子波的波源子波的波源。其后。其后任意时刻，这些子波任意时刻，这些子波在波前进方向的在波前进方向的包络包络面面就是就是新的波面新的波面。这。这就是惠更斯原理。就是惠更斯原理。 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。法确定下一时

3、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。作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。演演 示示观察水波的反射观察水波的反射 在水槽的一端放置在水槽的一端放置振动发生器，它的窄条振动发生器，它的窄条形平板能够周期性地打形平板能够周期性地打击水面，产生水波。可击水面，产生水波。可以看到，水波传播到挡以看到，水波传播到挡板后被反射出去。板后被反射出去。 1 1、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射象叫做波的反射 2 2、入射角（、

4、入射角（i i）和反射角（）和反射角（ii）：入射波的）：入射波的波线与平面法线的夹角波线与平面法线的夹角i i叫做入射角反射波叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角的波线与平面法线的夹角i i 叫做反射角叫做反射角 三、波的反射三、波的反射 3 3反射规律反射规律 入射线、法线、反射线在同一平面内，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，反射角等入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。于入射角。1.反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同2.波遇到两种介质界面时，总存在反射波遇到两种介质界面时，总存在反射注意：注意：用惠更斯原理

5、解释波的反射 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面点发射的子波到达界面BB点，点，A A点发射的子波到达点发射的子波到达AA点点。同种介质，波速。同种介质，波速不变。不变。i ii iABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB为波的一个波面为波的一个波面AABBAABBABABBABAii tvAB观察水波的折射观察水波的折射 在水槽中放入一块厚玻在水槽中放入一块厚玻璃板，注意使它的一条边璃板，注意使它的一条边不与波传来方向垂直。然不与波传来方向垂直。然后加水，使水面高过玻璃后加水，使水面高过玻璃板。接通电源产生水波，板。接通电源产生水波，观察水波经过水深不同的观察水波经过

6、水深不同的区域时传播方向的变化。区域时传播方向的变化。演演 示示界面界面介质介质I I介质介质IIII四、波的折射四、波的折射 2 2、折射角（、折射角（r r）：）： 折射波的波线与两介质界面法线的夹角折射波的波线与两介质界面法线的夹角r r叫做叫做折射角折射角 1、波从一种介质进入另一种介质时，波的传、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播方向发生了改变的现象叫做波的折射.ir法线法线3 3、折射定律：入射线、法线、折射线在同一平折射定律：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

7、的正弦之比等于波在第一种介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：质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：21sinsinvvri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证毕证毕tv 2折射率： 由于一定的介质中的波速是一定的，所以由于一定的介质中的波速是一定的，所以是一个只与两种介质的性质有关而与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入射角度无关的常数，叫做第

8、二种介质对第一种介质的折射率种介质的折射率11 22vnv 当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线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，属折射当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例中的特例 在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变都发生改变 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同不同 波波的的反反射射规律规律 ： 1入射波波线反射波波线和法线在入射波波线反射波波线和法线在 同一平面内同一平面内 反射角等于入射角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定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。小结小结规律规律：波波的的