《波的反射和折射》知识讲解.ppt

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1、波的反射和折射福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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。这种尖叫声在每秒定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到万到10万赫兹之间，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。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的蝙蝠发出超声波，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

2、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。福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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。各点所组成的面，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。为波线，它表示波动的传播

3、方向。波线与波面垂直波线与波面垂直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：福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 一一.惠更斯原理：惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。的包络面便是新的波面。荷荷兰兰物理学家物理学家 惠惠 更更 斯斯福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 惠更斯原理惠更斯原理1.1.介质中任一波面上的各点，都可看作介质中任一波面上的各点，都可看作发

4、射子波的波源；发射子波的波源；福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 惠更斯原理惠更斯原理2.2.其后任意时刻其后任意时刻,这些子波在波前进方这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。向的包络面就是新的波面。子波波源子波波源t后的波面后的波面t 时刻时刻的波面的波面包络面：与一族包络面：与一族曲面相切的曲面。曲面相切的曲面。tv波的传播方向？波的传播方向？.福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 .t 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tv 用惠更斯原理确定平面波的波面及传播方向用惠更斯原理确定平面波的波面及传播方向惠更斯原理惠更斯原理福建省罗源第一中学福建省罗源第

5、一中学 实验与探究：实验与探究：实验现象：实验现象：（1）水波不断通过小孔继续传播）水波不断通过小孔继续传播（2）右侧的波面是以小孔为圆心）右侧的波面是以小孔为圆心的半圆形的半圆形（3）半圆形波面的形状与原波形）半圆形波面的形状与原波形无关，与波源的位置无关。无关，与波源的位置无关。福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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。当波在均匀的各向同性介质中传的传播方向。当波在均匀的各向同性介质中传播时，由于波速保持不变，波面的几何形状也播时，

6、由于波速保持不变，波面的几何形状也总是保持不变的。总是保持不变的。惠更斯原理惠更斯原理球球 面面 波波平平 面面 波波O福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 反射波的波线与法线的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反射角（反射角（ii）：）：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 法线法线界面界面波的反射波的反射波的反射现象有什么规律呢？波的反射现象有什么规律呢？福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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

7、在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角射线分居法线两侧，反射角等于入射角等于入射角反射定律：反射定律：1.反射波的频率、波速和波长都不变反射波的频率、波速和波长都不变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：法线法线平面平面波的反射波的反射福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 波的反射波的反射界面界面波线波线子波波源子波波源波在界面处为什么会发生反射波在界面处为什么会发生反射呢？呢？福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 经经 t t后，波面上的后，波面上的B B点点恰好恰好到达界面处到达界面处B B；A A点发点发射的子波射的子波的波面如图所示，

8、包络面为的波面如图所示，包络面为A AB B。惠更斯原理对波的反射的解释：惠更斯原理对波的反射的解释：A AB Ba ab b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所以所以A Aa ab b波的反射波的反射B B反射波的波线与波面反射波的波线与波面A AB B垂直。垂直。福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 以实验为基础的物理以实验为基础的物理水波的反射水波的反射福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 新的问题新的问题 刚才我们研究了波的反射现象，波的反射过程刚才我们研究了波的反射现象，波的反射过程中反射波和入射波在同一种介质中，那么如果波由中反射波和入射

9、波在同一种介质中，那么如果波由一种介质进入另一种介质时，会发生什么现象呢？一种介质进入另一种介质时，会发生什么现象呢？水水波波的的折折射射福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 界面界面介质介质I I介质介质IIII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叫做折射角叫做折射角 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。法线法线波的折射波的折射波为什么会发生波为什么会发生折射现象呢？折射现象呢？福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 四

10、、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。介质时，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福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 3.折射定律折射定律：（1）入射线、法线、折射线在同）入射线、法线、折射线在同一平面内；一平面内；（2）入射线与折射线分居法线两）入射线与折射线分居法线两侧；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）入

11、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。播速度与在第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n21表示。表示。福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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，折射角折向法线.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线

12、.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，属属折折射射中中的特例的特例 只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质相对第一种介质的折射率，用n21表示。福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 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。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点的到达点的到达C C点点。所以所以惠更斯原理对波的折射的解释惠更斯原理对波的折射的解释波的折射波的折射波发生折射波发生折射的原因的原因?波在不同介波在不同介质中的速度质中的速度不同不同.福建省罗

13、源第一中学福建省罗源第一中学 波的反射波的反射波的折射波的折射传播方向传播方向改变改变 反反=入入改变改变 折折入入频率频率f f不变不变不变不变波速波速v v不变不变改变改变波长波长不变不变改变改变反射和折射对比：反射和折射对比：福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 波波的的反反射射规律规律：1入射波波线反射波波线和法线在入射波波线反射波波线和法线在 同一平面内同一平面内 反射角等于入射角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定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。小小 结结规律规律：波波的的折折射射定义：定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播波从一种介质射入另一种介质时，

14、传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。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入射波波线折射波波线和法线在同一平面内一平面内福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 思考思考：如果从与中性面成：如果从与中性面成角的位置开始计时，角的位置开始计时，感应电动势的表达式又是怎样？感应电动势的表达式又是怎样？四四.交变电流的图像交变电流的图像福建省罗源第一中学福建省罗源第一中学 几个基本概念几个基本概念与波面垂直，代表与波面垂直，代表波的传播方向。波的传播方向。波动中，走在最前面波动中，走在最前面的那个波面称为波前。的那个波面称为波前。波线波线波线波线平面波平面波球面波球面波波波波波前前前前波面波面波线波线波线波线波波波波前前前前1.1.波阵面波阵面2.2.波线波线3.3.波前波前波面波面波面波面从波源发出的波经过同一传播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时间而到达的各点所组成的面.