第十二章 机械波12.4波的放射与折射

第十二章机械波12.4波的反射和折射2/3/20231一、教学目标1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射2．知道波发生反射时，反射角等于入射角、反射波的频率、波速和波长都与入射波相同．3．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同．知道折射角与入射角的关系．2/3/20232二、重点难点重点：波的反射和折射定律．难点：对波面和波线概念的理解．2/3/20233一、惠更斯原理克里斯蒂安·惠更斯，荷兰人，世界知名物理学家、天文学家、数学家，和发明家，机械钟(他发明的摆钟属于机械钟)的发明者。惠更斯自幼聪慧，13岁时曾自制一台车床，表现出很强的动手能力。。1645～1647年在莱顿大学学习法律与数学;1647～1649年转入布雷达学院深造。在阿基米德等人著作及笛卡儿等人直接影响下，致力于:力学、光波学、天文学及数学的研究。2/3/20234他善于把科学实践和理论研究结合起来，透彻地解决问题，因此在摆钟的发明、天文仪器的设计、弹性体碰撞和光的波动理论等方面都有突出成就。他还推翻了牛顿的微粒说。2/3/20235实验2/3/202361．波面和波线（1）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．（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．如图所示．2/3/20237子波源如图在水槽里放入带有小孔的挡板用笔触动水面激起水波2/3/20238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。2/3/20239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。2/3/202310（二）波的反射【演示】在水波槽的装置中，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，形成波源，在水面上从波源发出一列圆形波．将实验现象用投影仪投影在屏幕上，可观察到：（1）水面上形成一列圆形波（2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰波谷．2/3/2023112．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．【演示】观察反射现象．在水波槽中放一块长木板，会看到从波源发出的圆形波，遇到长木板后有一列圆形波从长木板反射回来．

2/3/2023122/3/2023132/3/2023143．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叫做反射角．如图所示。（2）反射规律①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。②反射波的波长、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．2/3/2023154用惠更斯原理解释波的反射和折射T0时刻到达波阵面ANB，T1时刻B到达B’,N到达N’.如果AN=NB,用A,N’,B’为子波源,则以A为圆心，V(T1-T0)为半径的球面是T1时刻A的子波面，以N’为圆心，1/2V(T1-T0)为半径的球面是T1时刻N’的子波面,这些子波的包迹便是新的波阵A’B’。用几何知识可以证i=I’N’2/3/202316三、波的折射1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水波的折射2/3/2023173．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：2/3/202318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2/3/202319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，经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，证毕定理证明:2/3/202320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．2/3/2023214声呐声音导航与测距，SoundNavigationAndRanging”是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。

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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