4惠更斯原理波的反射与折射.ppt

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1、 各种波在传播过程中，遇到较大的障碍物时，都会发生反射现象声波在遇到较大的障碍物后也会反射回来反射回来的声波传入人耳，听到的就是回声，我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声【观察思考观察思考】在水波槽实验中，把一根金属丝固定在振在水波槽实验中，把一根金属丝固定在振动片上，当振动片振动时，金属丝周期性的触动水面，动片上，当振动片振动时，金属丝周期性的触动水面，可观察到水波形成圆形的波纹从波源向四周传播；可观察到水波形成圆形的波纹从波源向四周传播；（1 1）水面上形成一列圆形波）水面上形成一列圆形波（2 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和

2、波谷动画模拟动画模拟1【观察思考观察思考】再用长方形直条作为波源拍击水面，产生再用长方形直条作为波源拍击水面，产生直线波纹的水波。直线波纹的水波。（1 1）水面上形成一列直线波纹（形状）的水波）水面上形成一列直线波纹（形状）的水波（2 2）画面上的直线是传播的波峰和波谷）画面上的直线是传播的波峰和波谷【观察思考观察思考】在水波前进的方向放上两块挡板，使挡板在水波前进的方向放上两块挡板，使挡板中间的缝宽与水波的波长相当。请他仔细观察，在挡板中间的缝宽与水波的波长相当。请他仔细观察，在挡板的后面将会发生什么现象？怎样估算水波的波长？的后面将会发生什么现象？怎样估算水波的波长？从实验中可以看从实验中

3、可以看到：到：在直线波纹在直线波纹的水波传播过程的水波传播过程中，到达一个宽中，到达一个宽度与波长相差不度与波长相差不多的狭缝时，水多的狭缝时，水波穿过了狭缝，波穿过了狭缝，狭缝后面的波纹狭缝后面的波纹呈圆形，以缝为呈圆形，以缝为圆心沿半径方向圆心沿半径方向向四边传去，好向四边传去，好像像狭缝就是波源狭缝就是波源一样一样。惠 更 斯C.Huygens荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)一、惠更斯原理一、惠更斯原理波在传播过程中所到波在传播过程中所到达的每一点都可以看达的每一点都可以看做新的波源，从这些做新的波源，从这些点发出球面波的子波，点发出球面波的子波，其后任一时刻这些子其后任一

4、时刻这些子波波前的波波前的包络面包络面就是就是新的波前新的波前。这就是惠。这就是惠更斯原理。更斯原理。1 1、波面和波线、波面和波线 波面：波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面构成的面叫做波面，最前面的波面叫做波前最前面的波面叫做波前。波面。波面是平面的波称为平面波；波面是圆（球）形的波称是平面的波称为平面波；波面是圆（球）形的波称为圆（球）形波。为圆（球）形波。波线：波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线线叫做波线 平面波的波线是垂直于波面的平行线；平面波的波线是垂直于波面的平

5、行线；圆形波的波线是沿着以波源为中心的半径方向向外圆形波的波线是沿着以波源为中心的半径方向向外的射线。的射线。(1)波线的指向表示波的传播方向波线的指向表示波的传播方向(2)在各向同性的均匀介质中在各向同性的均匀介质中,波线恒定与波面垂直波线恒定与波面垂直.(3)球面波的波线是沿半径方向的直线球面波的波线是沿半径方向的直线,平面波的波线是垂直平面波的波线是垂直于波面的平行直线于波面的平行直线.包络面：包络面：一些几何图形的公切面，被称为这些图形一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面。的包络面。2.2.平面波的惠更斯原理解释平面波的惠更斯原理解释平面波平面波波线波线t t 时刻波前时刻波前

6、V tt+t+t 时刻波前时刻波前波源波源这些子波的包络面，即这些子波的包络面，即为为t+t时刻的波前时刻的波前子波子波子波源子波源3.3.圆形波的惠更斯圆形波的惠更斯原理解原理解释释t t 时刻波前时刻波前t+t+t 时刻波前时刻波前这些子波的包络面，这些子波的包络面，即为即为t+t时刻的波前时刻的波前子波子波圆形波圆形波t+t波源波源波线波线V t子波源子波源 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图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。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，用上述例如当波在均

7、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。作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。夏天的雨季，大雨来临前一道闪电过夏天的雨季，大雨来临前一道闪电过后，接着我们会听到一阵后，接着我们会听到一阵“轰轰隆隆轰轰隆隆”的的雷鸣，说一说这种雷声是怎么形成的雷鸣，说一说这种雷声是怎么形成的 答案：答案：云层积累的大量电荷放电，形云层积累的大量电荷放电，形成闪电同时发出巨大声音，闪电声在不同成闪电同时发出巨大声音，闪电声在不同云层之间反复云层之间反复反射反射，所以较长时间内听到，所以较长时间内听到“轰轰隆隆轰轰隆隆”的声音的声音.演演 示示观察水波的反射观察水波的反射在水槽

8、的一在水槽的一端放置振动端放置振动发生器发生器,它它的窄条形平的窄条形平板能够周期板能够周期性地打击水性地打击水面面,产生水产生水波波.可以看可以看到到,水波传水波传播到挡板后播到挡板后被反射出去被反射出去.二、波的反射二、波的反射 1 1、波在传播的过程中、波在传播的过程中,遇到两种介质的分界面时返遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做回到原介质继续传播的现象叫做波的反射波的反射 2 2、入射角（、入射角（i i）和反射角（和反射角（ii）：入射波的波线）：入射波的波线与平面法线的夹角与平面法线的夹角i i叫做入射角反射波的波线与叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角平面法线的

9、夹角i i 叫做反射角叫做反射角 3 3反射规律反射规律 入射线、法线、反入射线、法线、反射线在同一平面内，射线在同一平面内，入射线与反射线分居入射线与反射线分居法线两侧，反射角等法线两侧，反射角等于入射角。于入射角。1.反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同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：4.4.用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射(1)画出两种介质的分界面画出两种介质的分界面XY(2)画出入射波线画出入射波线PA、QC(3)画出入射波线的垂线画出入射波线的垂线AB即即入入射波的波前射波的波前Q

10、CPAB(4)量出量出BC的长度的长度,以此以此A为圆心为圆心,BC长度为半径长度为半径,画画出各子波的包络面出各子波的包络面,即反射波的波前即反射波的波前.(5)经过经过C点作反射波前的切面点作反射波前的切面CD.CD就是子波的包就是子波的包络面络面,即为反射波的波前即为反射波的波前(6)连接连接AD两点两点,AD就是反射波线就是反射波线.DQiii 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面点发射的子波到达界面BB点，点，A A点发射的子波到达点发射的子波到达AA点点。同种介质，波速不。同种介质，波速不变。变。ABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB为波的一个波面为波的一个

11、波面AB观察水波的折射观察水波的折射在水槽中放入在水槽中放入一块厚玻璃板一块厚玻璃板,注意使它的一注意使它的一条边不与波传条边不与波传来方向垂直来方向垂直.然然后加水后加水,使水面使水面高过玻璃板高过玻璃板.接接通电源产生水通电源产生水波波,观察水波经观察水波经过水深不同的过水深不同的区域时传播方区域时传播方向的变化。向的变化。演演 示示三、波的折射三、波的折射 界面界面2 2、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叫做叫做折射角折射角 1、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

12、改变的现象叫做播方向发生了改变的现象叫做波的折射波的折射.法线法线3 3、折射定律：、折射定律：入射线、法线、折射线在同一入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居平面内，入射线与折射线分居法线两侧入射角的正弦跟折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种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：介质中的速度之比：界面界面法线法线4.4.用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处C点，A点的到达E点，证毕证毕5.5.折射率：折射率：由于一定的介质

13、中的波速是一定的，所以由于一定的介质中的波速是一定的，所以是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率当入射速度大于折射速度当入射速度大于折射速度(n211)时时,折射角折向法线折射角折向法线.当入射速度小于折射速度当入射速度小于折射速度(n211)时时,折射角折离法线折射角折离法线.当垂直界面入射时当垂直界面入射时,传播方向不改变传播方向不改变,属折射中的特例属折射中的特例.在波的折射中在波的折射中,波的频率不改变波的频率不改变,波速和波长都发生改变波速和波长都发生

14、改变.波发生折射的原因波发生折射的原因:是波在不同介质中的速度不同是波在不同介质中的速度不同.(2)由于折射率由于折射率 n21 故一列波由波速快故一列波由波速快的介质的介质进入波速慢的介质进入波速慢的介质，波的传播方向会，波的传播方向会向界面的法线靠近向界面的法线靠近(1)波波在在发发生生反反射射或或折折射射后后，其其频频率率不不变变，故故我我们们听听到到的的回回声声与与原原声声相相同同，花花样样游游泳泳运运动动员员在在水水下下与与水水上听到的音乐相同上听到的音乐相同.特别提醒：特别提醒：一列波从空气传入水中,保持不变的物理量是()A波速B波长 C频率 D振幅C如图所示，是声波从介质进入介质

15、的折射情况，由图判断下面说法中正确的是:()A.入射角大于折射角，声波在介质中的波速大于它在介质中的波速B.入射角大于折射角,可能是空气,可能是水C.入射角小于折射角,可能是钢铁,可能是空气D介质中波速v1与介质中波速v2满足：答案：答案：A 如图所示，某列波以如图所示，某列波以6060的入射角由甲介质射到乙介的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射，若反射波的波线与质的界面上同时产生反射和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为折射波的波线的夹角为9090，此波在乙介质中的波速，此波在乙介质中的波速为为1.21.210105 5km/s.km/s.(1)(1)该波的折射角为该波

16、的折射角为_(2)(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？该波在甲介质中的传播速度为多少？(3)(3)该波在两种介质中的波长比为多少？该波在两种介质中的波长比为多少？某某物物体体发发出出的的声声音音在在空空气气中中的的波波长长为为1 m,波波速速为为340 m/s,在在海海水水中中的的波波长长为为4.5 m,此此物物体体在在海海面面上上发发出出的的声声音音经经0.5 s听听到到回回声声,则则海水深海水深为为多少米？多少米？为什么在空房间里讲话感觉到声音特别响？为什么在空房间里讲话感觉到声音特别响？解析：解析：声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由

17、于距离近，原声与回声几乎同板发生反射时，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时到达人耳人耳只能分开相差0.1s以上的声音以上的声音所以，人在空房间里讲话感觉声音特别响，而普所以，人在空房间里讲话感觉声音特别响，而普通房间里的幔帐、沙发、衣物等会吸收声波，使通房间里的幔帐、沙发、衣物等会吸收声波，使反射不够强，所以人在普通房间里讲话不如在空反射不够强，所以人在普通房间里讲话不如在空房间里讲话响房间里讲话响墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却明显地减弱，这是为什么？面传入室内的声音却明显地减弱，这是为什么？答案

18、：答案：声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，室内的声音就显著地减弱了波被反射回去，室内的声音就显著地减弱了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

19、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定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射反射。小结小结规律规律：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，传播方向波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。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如如图图所示，所示，图图a是高速公路上用超声波是高速公路上用超声波测测速速仪测仪测量量车车速的示意速的示意图图，测测速速仪发仪发出并接收超声波脉冲信号，根据出并接收超声波脉冲信号，根据发发出和接收的信出和接收

20、的信号号间间的的时间时间差，差，测测出被出被测测物体的速度物体的速度图图b中中P1、P2是是测测速速仪仪发发出的超声波信号，出的超声波信号，n1，n2分分别别是是P1、P2由汽由汽车车反射回来的信反射回来的信号，号，设测设测速速仪仪匀速匀速扫扫描，描，P1、P2之之间间的的时间间时间间隔隔t1.0s，超，超声波在空气中声波在空气中传传播速度是播速度是v340m/s，若汽，若汽车车是匀速行是匀速行驶驶的，的，则则根据根据图图b可知，汽可知，汽车车在接收到在接收到P1、P2两个信号之两个信号之间间的的时间时间内内前前进进的距离是的距离是_m，汽，汽车车的速度是的速度是_m/s.解析：设汽车在接收到P1、P2两个信号时距测速仪的距离分别为s1、s2则有：2s12s2vt答案：答案：1717.9 动画模拟动画模拟利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方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。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。作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。4.4.用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射