波的反射和折射精选文档.ppt

波的反射和折射本讲稿第一页，共二十五页 如上图所示如上图所示,以以O为球心的球面波在时刻为球心的球面波在时刻t的波面为的波面为r,按按照惠更斯原理照惠更斯原理,r面上每个点都是子波的波源面上每个点都是子波的波源,设各个设各个方向的波速都是方向的波速都是v,在在t时间之后各子波的波面如图时间之后各子波的波面如图中虚线所示中虚线所示,虚线圈的半径为虚线圈的半径为vt,r是这些子波波面的是这些子波波面的包络面包络面,它就是原来球面波的波面在时间它就是原来球面波的波面在时间t后的新后的新位置位置.可以看出可以看出,新的波面仍是一个球新的波面仍是一个球,它与原来球面的它与原来球面的半径之差为半径之差为vt,表示波向前传播了表示波向前传播了vt的距离的距离.与此类与此类似似,可用惠更斯原理解释平面波的传播可用惠更斯原理解释平面波的传播.(如下图如下图)本讲稿第二页，共二十五页本讲稿第三页，共二十五页三三 波的反射波的反射当波遇到障碍物时当波遇到障碍物时,会返回到原来的介质中继续传播会返回到原来的介质中继续传播,这种现象叫做波这种现象叫做波的反射的反射.入射角入射角:入射波线与法线的夹角入射波线与法线的夹角.如下图中的如下图中的.反射角反射角:反射波线与法线的夹角反射波线与法线的夹角.如下图中的如下图中的.反射定律反射定律:入射波线入射波线 法线法线 反射波线在同一平面内反射波线在同一平面内,且反射角等于入射角且反射角等于入射角.本讲稿第四页，共二十五页四四 波的折射波的折射波传播到两种不同的可传播波的介质界面时波传播到两种不同的可传播波的介质界面时,会有一部分进会有一部分进入第二介质中入第二介质中,但波线会发生变化但波线会发生变化,这种现象叫波的折射这种现象叫波的折射.折射角折射角:折射波线与法线间的夹角折射波线与法线间的夹角2,如下图中所示如下图中所示.折射率折射率:v1、v2分别是表示波在两种介质中的速度分别是表示波在两种介质中的速度,n12=叫做第叫做第2种介质对第种介质对第1种介质的折射率种介质的折射率.折射定律折射定律:本讲稿第五页，共二十五页一、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 本讲稿第六页，共二十五页说明：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：、几种常见的波：1）波面为球面的波叫球面波）波面为球面的波叫球面波 2）波面为平面的波叫平面波）波面为平面的波叫平面波本讲稿第七页，共二十五页二二、惠更斯原理、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荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)本讲稿第八页，共二十五页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。波传播方向波传播方向平面波平面波t+t+t t时刻波面时刻波面u t球面波球面波t+tt t时刻波面时刻波面本讲稿第九页，共二十五页.t 时刻的波面时刻的波面t+t时刻的波面时刻的波面子波波源子波波源tu 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波前本讲稿第十页，共二十五页 用惠更斯原理确定 下一时刻球面波的波前.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tu本讲稿第十一页，共二十五页 三、三、波的反射波的反射 1 1、波遇到障碍物会返回来继、波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波续传播，这种现象叫做波的反射的反射 2 2、反射规律、反射规律1 1）入射角（）入射角（i）和反射角（）和反射角（i）：入射波的波线与平面法线的）：入射波的波线与平面法线的夹角夹角i叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角i 叫做反叫做反射角射角 2）反射定律：入射波线、法线、反射波线在同一平面内，入射）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。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。）反射波的的波长、频率、波速都跟入射波相同。本讲稿第十二页，共二十五页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本讲稿第十三页，共二十五页反射波的波长、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 本讲稿第十四页，共二十五页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本讲稿第十五页，共二十五页 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 本讲稿第十六页，共二十五页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：本讲稿第十七页，共二十五页当当入入射射速速度度大大于于折折射射速速度度时时，折折射射角角折折向向法法线线.当当入入射射速速度度小小于于折折射射速速度度时时，折折射射角角折折离离法法线线.当当垂垂直直界界面面入入射射时时，传传播播方方向向不不改改变变，属属折折射中的特例射中的特例在在波波的的折折射射中中，波波的的频频率率不不改改变变，波波速速和和波波长都发生改变长都发生改变 波波发发生生折折射射的的原原因因：是是波波在在不不同同介介质质中中的的速速度不同度不同 本讲稿第十八页，共二十五页蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠世纪，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。这种尖叫声在每秒种尖叫声在每秒2万到万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的万赫兹之间，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。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、形状和运动方式状和运动方式。本讲稿第十九页，共二十五页雷达和隐形飞机：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、飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会导弹）等时，一部分雷达波便会反射反射回来，根据反射雷达波的时间和方位回来，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，因此整个隐形飞机许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个隐形飞机F117飞机表面涂飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。以黑色的吸收雷达波的涂料。本讲稿第二十页，共二十五页一、波动中的几个概念一、波动中的几个概念1.波面：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。成的面，叫做波面。平平 面面 波波球球 面面 波波O3.波线：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。线，它表示波动的传播方向。波线与波前垂直波线与波前垂直t 时刻的波前时刻的波前t+t 时刻的波前时刻的波前最前面的波面叫做波前。最前面的波面叫做波前。2.波前：波前：本讲稿第二十一页，共二十五页.t 时刻的波面（波前）时刻的波面（波前）t+t时刻的波面（波前）时刻的波面（波前）子波波源子波波源tv平面波的惠更斯原理解释平面波的惠更斯原理解释本讲稿第二十二页，共二十五页入射波的波前入射波的波前用惠更斯原理解释波的反射现象用惠更斯原理解释波的反射现象反射波的波前反射波的波前入射波的波线入射波的波线反射波的波线反射波的波线波的反射定律：波的反射定律：当波传到两种介质交界面发生反射时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；）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；）入射线与反射线分居法线两侧；（3）反射角等于入射角；）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。）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。本讲稿第二十三页，共二十五页四、波的折射四、波的折射1.折射现象折射现象：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介波在传播过程中，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。质时，波的传播方向发生偏折的现象。2.发生折射的原因发生折射的原因：不同介质中波的传播速度不同。不同介质中波的传播速度不同。CAiiBDrr入射波的波前入射波的波前折射波的波前折射波的波前本讲稿第二十四页，共二十五页3.折射定律折射定律：（1）入射线、法线、折射线在同一平面）入射线、法线、折射线在同一平面内；内；（2）入射线与折射线分居法线两侧；）入射线与折射线分居法线两侧；（3）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速度与在第）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速度与在第二种介质中传播速度之比。二种介质中传播速度之比。（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。只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第一种介质对第二种介质的折射率，用第一种介质对第二种介质的折射率，用n12表示。表示。本讲稿第二十五页，共二十五页