12.6《惠更斯原理---波的反射和折射》2015.6.13

1、 18 18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰世纪，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。这种高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒尖叫声在每秒2 2万到万到1010万赫兹之间，我们的耳万赫兹之间，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，然样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体后借助物体反射回来的回声反射回来的回声，就能判断出所，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。接近的物体的大小、形状和

2、运动方式。蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”隐形飞机隐形飞机F117F117雷达确定目标雷达确定目标示意图示意图 雷达雷达是利用无线电波发现是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标碰到飞行目标( (飞机、导弹）等飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回时，一部分雷达波便会反射回来，根据来，根据反射反射雷达波的时间和雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的方位便可以计算出飞行目标的位置。位置。 由于一般飞机的外形比较复由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够

3、强烈杂，总有许多部分能够强烈反射反射雷达波，因此整个飞机表面涂以雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。黑色的吸收雷达波的涂料。波谷波谷波峰波峰一、波面和波线一、波面和波线波面： 在任一时刻，介质中任何振动状态相同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。波面波线波面波线二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 惠更斯原理内容：惠更斯原理内容：介质中任一波面上的各介质中任一波面上的各点，都可看作发射点，都可看作发射子波子波的波源的波源。其后任意时刻。其后任意时刻, ,这些子波在波前进方向这些子波在波前进方向的的包络面包络面就是就是新的波面新的波面。

4、惠惠 更更 斯斯荷兰物理学家荷兰物理学家. . . . . . . . .t 时刻的波面t+t时刻的波面子波波源tv二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻平面波平面波的波面的波面用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻球面波球面波的波面的波面.子波波源子波波源t+t时刻时刻的波面的波面t 时刻时刻的波面的波面二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 tv 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几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的传播方向

5、。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。中传播时，波面的几何形状总是保持不变的。二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 三、波的反射三、波的反射 波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射叫做波的反射 波的反射现象波的反射现象三、波的反射三、波的反射 反射波的波线与平面法线的夹角反射波的波线与平面法线的夹角i i 叫做叫做反射角反射角。入射角（入射角（i i）：）：入射波的波线与平面法线的夹角入射波的波线与平面法线的夹角i i叫做叫做入射角入射角。反射角（反射角（i i）：）： 波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象波遇到障碍

6、物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射叫做波的反射 i i法线法线平面平面 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处BB点，点，A A点发射的子波到达点发射的子波到达AA点。同种介质，波速不变。点。同种介质，波速不变。三、波的反射三、波的反射 用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射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三、波的反射三、波的反射 入射线、法线、反射线入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角

7、射线分居法线两侧，反射角等于入射角。等于入射角。反射定律：反射定律：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：i i法线法线平面平面生活中反射现象的思考生活中反射现象的思考1回声是声波的反射现回声是声波的反射现象象 对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，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会被反射回来继续传播2夏日的雷声轰鸣不绝夏日的雷声轰鸣不绝声波在云层界面多次反射声波在云层界面多次反射3在空房间里讲话感觉声音响在空房间里讲话感觉声音响

8、声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发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，生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达原声与回声几乎同时到达人耳人耳人耳只能分开相差人耳只能分开相差0.1s以上的声音以上的声音所以，所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在房间里听不到回声，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吸收声波，会影响室内的声响效果四、波的折射四、波的折射 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

9、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。波的折射现象波的折射现象界面界面介质介质I I介质介质IIII四、波的折射四、波的折射 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。 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

10、1ADACr sinADtv 221sinsinvvri用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射四、波的折射四、波的折射 tv 221sinsinvvri四、波的折射四、波的折射 折射定律：折射定律： 入射线、法线、折射线在同一平面内，入入射线、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。度跟波在第二种介质中的速度之比。2112vvn折射率折射率1.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，

11、折射角折向法线。2.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。3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。射中的特例。4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。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发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同四、波的折射四、波的折射 注意：注意：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 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。入射波波线折射波波线和法线在同一平面内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