经典课件：惠更斯原理_波的反射及折射(教科版)

1、2.4 惠更斯原理波的反射与折射金属丝周期性触动水面，可金属丝周期性触动水面，可以看到：以看到：水波形成圆形的波水波形成圆形的波纹从波源向周围传播纹从波源向周围传播。用长方形直条作为波源拍击水用长方形直条作为波源拍击水面：面：产生直线波纹的水波。产生直线波纹的水波。图中：圆和直线表示了波的波峰（或波谷）图中：圆和直线表示了波的波峰（或波谷）缝宽与水波的波长相当缝宽与水波的波长相当，可以看到：在直线波纹的，可以看到：在直线波纹的水波传播过程中，到达一个水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的宽度与波长相差不多的狭缝狭缝时，水波穿过了狭缝，狭缝后面的时，水波穿过了狭缝，狭缝后面的波纹呈圆形波纹

2、呈圆形，以缝为圆心沿半径方向向周围传去，以缝为圆心沿半径方向向周围传去，好像狭缝就是好像狭缝就是波源一样波源一样。蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎世纪，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。这种尖叫声频率在定障碍物的位置的。这种尖叫声频率在2万到万到10万赫兹万赫兹之间，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。波称为超声波。蝙蝠发出蝙蝠发出超声波超声波，然后借助物体反射

3、回来的，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、形状和运动方式回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。 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是利用无线电波发现目标，雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞规律，因此，当雷达波碰到飞行目标行目标( (飞机、导弹）等时，一飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会部分雷达波便会反射反射回来，根回来，根据反射雷达波的时间和方位便据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的可以

4、计算出飞行目标的位置位置。由于一般飞机的外形比较复杂，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总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂上黑色波，因此整个飞机表面涂上黑色能能吸收雷达波的材料吸收雷达波的材料。一、波面、波前和波线一、波面、波前和波线波面波面：振动状态相同（含相位）振动状态相同（含相位）的质点组成的面。水波的质点组成的面。水波的波面是一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以的波面是一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以波源为球心的一个个球面；对于平面波的波面是平面。波源为球心的一个个球面；对于平面波的波面是平面。波线波线：表示波的传播方向的：表示波的传播

5、方向的带带箭头的箭头的线线。波面波线波面波线波面和波线的关系：波面和波线的关系：互相垂直。互相垂直。最前面的最前面的波面波面叫做波前。叫做波前。波前波前：二二 、惠更斯、惠更斯原理原理 P32 1 1、内容：、内容：波在传播过程中所达到的每一点都可以波在传播过程中所达到的每一点都可以看做看做新的波源新的波源，从这些点发出的，从这些点发出的球面形状球面形状的的子波子波，其，其后任一时刻这些后任一时刻这些子波波前的子波波前的包络面包络面就是就是新的波前新的波前。(一些几何图形的公切面，被称为这些图形的一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面包络面). . . . . . . . .t 时刻的波

6、前t+t时刻的波前子波波源tv2 2、确定下一时刻平面波的波面、确定下一时刻平面波的波面3、确定下一时刻球面波的波面、确定下一时刻球面波的波面. .子波波源子波波源t+t时刻时刻的波前的波前t 时刻时刻的波前的波前tu 作用作用 ：由已知的波面通过几何：由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻平面波、球作图方法确定下一时刻平面波、球面波等的波面，根据两者（面波等的波面，根据两者（波线与波线与波面波面）的）的垂直垂直关系，从而关系，从而确定波的确定波的传播方向传播方向，所以惠更斯原理又叫，所以惠更斯原理又叫惠惠更斯作图法更斯作图法。三、波的反射三、波的反射 反射角反射角ii：反射波的波线与法线的

7、夹角：反射波的波线与法线的夹角入射角入射角i i：入射波的波线与法线的夹角：入射波的波线与法线的夹角波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象回到原介质继续传播的现象 i i法线法线平面平面 规律（与光的反射定律相同）：规律（与光的反射定律相同）： 1 1、入射线、法线、反射线在同一平面内，入、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧射线与反射线分别位于法线两侧 2 2、反射角等于入射角、反射角等于入射角 3 3、反射波的波长、频率、波速与入射波相同反射波的波长、频率、波速与入射波相同水波的反射水波的反射 经

8、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B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。波的反射定律证明（波的反射定律证明（ P33P34）i ii iABacbacb由惠更斯原理由惠更斯原理，A A、B B为同一波面上的两点，为同一波面上的两点，AA、BB为同一波面上的两点。为同一波面上的两点。AABBAABBABABBABAii tvAB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）：）：折射波的波线与法线的夹角折射波的波线与法线的夹角 波从一种介质进入另一种介质时，波的传

9、波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了偏折的现象叫做播方向发生了偏折的现象叫做波的折射波的折射ir法线法线折射的原因：折射的原因：波在不同介质中速度不同波在不同介质中速度不同 由惠更斯原理由惠更斯原理，A A、B B为同一波面上的两点为同一波面上的两点irABCDirtv 1 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D D点，点，A A点的子波到达点的子波到达C C点，点，ADBDi sinADtv 1ADACr sinADtv 221sinsinvvri波的折射规律的推导波的折射规律的推导tv 2 波折射的规律波折射的规律（与光的折射定律相同）（与光的

10、折射定律相同）（1）入射线、法线、折射线在）入射线、法线、折射线在同一平面内；同一平面内；（2）入射线与折射线分局居法）入射线与折射线分局居法线两侧；线两侧；（3）入射角正弦与折射角正弦）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速度与在第二种介质中传播速度之比：之比：21sinsinvvri（4）在折射中，）在折射中，频率不变频率不变，波速和波长都会发生改变。，波速和波长都会发生改变。21vv只与两种介质的只与两种介质的性质有关性质有关而与入射角度无关的常数。而与入射角度无关的常数。1.1.当入射速度大于折射速度时，折射波线靠拢

11、当入射速度大于折射速度时，折射波线靠拢法线；当入射速度小于折射速度时，折射波线法线；当入射速度小于折射速度时，折射波线远离法线。远离法线。2.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。3.在波的折射中，波的在波的折射中，波的频率不改变频率不改变，波速、波，波速、波长都发生改变。长都发生改变。注意：注意：猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，那光是波或波是光呢？那光是波或波是光呢？21sinsinvvri1. 一列声波在空气中的波长为一列声波在空气中的波长为25cm，传播速度为，传播速度为340m/s，这，这列声波传入另一种介质中时，波长变为列声波传入另一种介质中时，波长变为80cm，