惠更斯原理波的反射和折射.ppt

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1、 18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰世纪，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。这种高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒尖叫声在每秒2万到万到10万赫兹之间，我们的万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。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，这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体然后借助物体反射反射回来的回声，就能判断出回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。所接近的物体的大小、形状和运动方式。蝙蝠

2、的蝙蝠的“眼睛眼睛”导入新课导入新课隐形飞机隐形飞机F117 由于一般飞机的外形比较复杂，总有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，因此整个许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。雷达确定目标雷达确定目标示意图示意图 雷达是利用无线电波雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行因此，当雷达波碰到飞行目标目标(飞机、导弹）等时，飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回一部分雷

3、达波便会反射回来，根据反射雷达波的时来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞间和方位便可以计算出飞行目标的位置。行目标的位置。小资料小资料 1.知道什么是波面和波线，了解惠更斯知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理。原理。2.通过实验认识波的反射现象，并能用通过实验认识波的反射现象，并能用惠更斯原理进行解释。惠更斯原理进行解释。3.通过实验认识波的折射现象，并能用通过实验认识波的折射现象，并能用惠更斯原理进行解释。惠更斯原理进行解释。教学目标教学目标知识与能力知识与能力:一一.波面和波线波面和波线1.波面波面 任何振动状态相同的点组成了一个个圆，任何振动状态相同的点组成了一个个圆，这些圆叫一

4、个个波阵面（波面）。这些圆叫一个个波阵面（波面）。2.波线波线 与各个波面垂直的线用来表示波的传与各个波面垂直的线用来表示波的传播方向，叫做波线。播方向，叫做波线。波面波面波线波线几种常见的波几种常见的波二二.惠更斯原理惠更斯原理 克里斯蒂安克里斯蒂安惠更惠更斯斯(ChristianHaygen，16291695)荷兰物理学荷兰物理学家、数学家、天文学家。家、数学家、天文学家。1629年出生于海牙。年出生于海牙。1655年获得法学博士学年获得法学博士学位。位。惠更斯是与牛顿同一时代的科学家，是惠更斯是与牛顿同一时代的科学家，是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的历史上最著名的物理学家之一，他

5、对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。科学的一位重要开拓者。1.惠更斯原理内容惠更斯原理内容 介质中任一波面上的各点，都可以看做介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波发射子波的波源，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。在波前进方向的包络面就是新的波面。2应用应用 如果知道某时刻一列波的某一波面位置，如果知道某时刻一列波的某一波面位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一还知道波速，利用惠更斯原理可

6、以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向。向。三三.波的反射波的反射1 生活中的反射现象生活中的反射现象（1）回声是声波的反射现象）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。高墙时，会被反射回来继续传播。（2）夏日的雷声轰鸣不绝）夏日的雷声轰鸣不绝。原因是声波在云层界面多次反射原因是声波在云层界面多次反射。（3）在空房间里讲话声音更响亮。）在空房间里讲话声音更响亮。原因是：声波在普通房间里遇到墙壁，地面，原因是：声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射

7、时，由于距离近，原声与回声几天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳。人耳只能分开相差乎同时到达人耳。人耳只能分开相差0.1s以上的以上的声音。所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外声音。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。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。）水波传到岸边也会发生反射现象。2.反射定律的推导反射定律的推导 一列平面波到达两种介质的界面，入射波的一列平面波到达两种介质的界面，入射波的传播方向与界面有一定夹角。传播方向与界面有一

8、定夹角。abc为入射波，为入射波，AB为入射波的一个波面，为入射波的一个波面，AB为子波的包络面。为子波的包络面。cACBiiabbciiNNBAa 在同一种介质中同列波的波在同一种介质中同列波的波速相等，所以速相等，所以AA=BB。AABABB 利用几何余角关系可利用几何余角关系可得得:i=iAAB=BBAcACBiiabbciiNNBAa推导推导3.反射定律反射定律 波的反射虽然是由机械波推导出来波的反射虽然是由机械波推导出来的的 ，但可以适用于，但可以适用于一切波，一切波，包括电磁波，包括电磁波，所以光的反射也遵循同一定律。所以光的反射也遵循同一定律。（1）反射线、入射线和界面的法线在）

9、反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；反射线和入射线分别位于法同一平面内；反射线和入射线分别位于法线的两侧。线的两侧。（2）反射角等于入射角，即）反射角等于入射角，即 （3）反射波的波长、频率、波速都跟）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。入射波相同。四四.波的折射波的折射2.折射角（折射角（r）1.定义定义 界面界面介质介质I I介质介质IIII法线法线 波从一种介质进入另一种介质时，波的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。传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。折射波的波线折射波的波线与两介质界面法线与两介质界面法线的夹角的夹角r叫做折射角。叫做折射

10、角。由惠更斯原理，由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点为同一波面上的两点3.用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射 经经 t后，后，B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处D点，点，A点的到达点的到达C点。点。4.折射定律折射定律 入射线、法线、折射线在入射线、法线、折射线在同一平面内同一平面内，入射线与，入射线与折射线折射线分居法线两侧分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦。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。中的速度之比。波的折射定律虽然是由机械波推导波的折射定律虽然是由机械

11、波推导出来的出来的 ，但可以适用于，但可以适用于一切波一切波，包括电，包括电磁波，所以光的折射也遵循同一定律。磁波，所以光的折射也遵循同一定律。1.波面波面 任何振动状态相同的点组成了一个个圆，任何振动状态相同的点组成了一个个圆，这些圆叫一个个波阵面（波面）。这些圆叫一个个波阵面（波面）。2.波线波线 与各个波面垂直的线用来表示波的传播与各个波面垂直的线用来表示波的传播方向，叫做波线。方向，叫做波线。课堂小结课堂小结波面和波线：波面和波线：介质中任一波面上的各点，都可以介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面

12、就是新这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。的波面。惠更斯原理：惠更斯原理：1.下述关于声波的传播速度中正确的说法是下述关于声波的传播速度中正确的说法是()A声波的频率越高，传播速度越大声波的频率越高，传播速度越大 B声波振幅越大，传播速度越大声波振幅越大，传播速度越大 C声波传播速度只由介质决定声波传播速度只由介质决定 D在空气中声速约是在空气中声速约是340ms CD课堂练习课堂练习 2.空气中的声速是空气中的声速是340ms，水中，水中声速是声速是1450m/s，在空气中波长为，在空气中波长为1m的声的声波，在水中传播时的波长为波，在水中传播时的波长为_，该声，该声波在铁轨中传播时波长为波在铁轨中传播时波长为14.1m，那么在，那么在铁轨中声速为铁轨中声速为_。4.2m 4794m/s 3.一列声波由空气传到水中一列声波由空气传到水中()A频率不变，波长变小频率不变，波长变小B频率不变，波长变大频率不变，波长变大C频率变小，波长变长频率变小，波长变长D频率变大，波长变大频率变大，波长变大B