波的反射和折射

波的反射和折射第一页，共二十五页，2022年，8月28日

如上图所示,以O为球心的球面波在时刻t的波面为r,按照惠更斯原理,r面上每个点都是子波的波源,设各个方向的波速都是v,在Δt时间之后各子波的波面如图中虚线所示,虚线圈的半径为vΔt,r′是这些子波波面的包络面,它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置.可以看出,新的波面仍是一个球,它与原来球面的半径之差为vΔt,表示波向前传播了vΔt的距离.与此类似,可用惠更斯原理解释平面波的传播.(如下图)第二页，共二十五页，2022年，8月28日第三页，共二十五页，2022年，8月28日三､波的反射当波遇到障碍物时,会返回到原来的介质中继续传播,这种现象叫做波的反射.入射角:入射波线与法线的夹角.如下图中的α.反射角:反射波线与法线的夹角.如下图中的β.反射定律:入射波线､法线､反射波线在同一平面内,且反射角等于入射角.第四页，共二十五页，2022年，8月28日四､波的折射

波传播到两种不同的可传播波的介质界面时,会有一部分进入第二介质中,但波线会发生变化,这种现象叫波的折射.

折射角:折射波线与法线间的夹角θ2,如下图中所示.

折射率:v1、v2分别是表示波在两种介质中的速度,n12=

叫做第2种介质对第1种介质的折射率.

折射定律:第五页，共二十五页，2022年，8月28日一、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：与波面垂直的线表示波的传播方向叫做波线．

第六页，共二十五页，2022年，8月28日说明：1、波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向。2、在各向同性的均匀介质中，波线与波面垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面。3、球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线。3、几种常见的波：1）波面为球面的波叫球面波

2）波面为平面的波叫平面波第七页，共二十五页，2022年，8月28日二、惠更斯原理

惠更斯原理内容如下：介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。惠更斯C.Huygens荷兰物理学家(1629-1695)第八页，共二十五页，2022年，8月28日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。波传播方向平面波t+t时刻波面ut球面波t+tt时刻波面第九页，共二十五页，2022年，8月28日.........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第十页，共二十五页，2022年，8月28日

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第十一页，共二十五页，2022年，8月28日

三、波的反射

1、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．

2、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i’叫做反射角．

2）反射定律：入射波线、法线、反射波线在同一平面内，入射波线与反射波线分居法线两侧，反射角等于入射角。3）反射波的的波长、频率、波速都跟入射波相同。第十二页，共二十五页，2022年，8月28日生活中反射现象的思考1．回声是声波的反射现象．原因是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．2．夏日的雷声轰鸣不绝．原因是声波在云层界面多次反射．3．在空房间里讲话感觉声音响．原因是：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，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，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、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．4．水波传到岸边也会发生反射现象．第十三页，共二十五页，2022年，8月28日反射波的波长、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．

第十四页，共二十五页，2022年，8月28日4、波速与波长的关系：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向一般会发生改变，波长和波速改变，而波的频率不改变。（当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例）说明：1、波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．

2、在波速大的介质中的角大。声波在固体、液体中的速度大于在气体中的速度第十五页，共二十五页，2022年，8月28日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．

第十六页，共二十五页，2022年，8月28日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：第十七页，共二十五页，2022年，8月28日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．

第十八页，共二十五页，2022年，8月28日蝙蝠的“眼睛”：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。第十九页，共二十五页，2022年，8月28日雷达和隐形飞机：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，因此整个隐形飞机F—117飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。第二十页，共二十五页，2022年，8月28日一、波动中的几个概念1.波面：从波源发出的波经过同一传播时间而到达的各点所组成的面，叫做波面。平面波球面波O3.波线：从波源发出沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波动的传播方向。波线与波前垂直t时刻的波前t+Δt时刻的波前最前面的波面叫做波前。2.波前：第二十一页，共二十五页，2022年，8月28日.........t时刻的波面（波前）tΔ+t时刻的波面（波前）子波波源tvΔ平面波的惠更斯原理解释第二十二页，共二十五页，2022年，8月28日入射波的波前用惠更斯原理解释波的反射现象反射波的波前入射波的波线反射波的波线波的反射定律：当波传到两种介质交界面发生反射时（1）入射线、法线、反射线在同一平面内；（2）入射线与反射线分居法线两侧；（3）反射角等于入射角；（4）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。第二十三页，共二十五页，2022年，8月28日四、波的折射1.折射现象：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象。2.发生折射的原因：不同介质中波的传播速度不同。CAiiBDrr入射波的波前折射波的波前第二十四页，共二十五页，2022年，8月28日3.折射定律：（1）入射线、法线、折射线在同