丹江口市物理 第十二章 机械波 波的反射和折射2 新人教版选修3-4.ppt

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1、 第四节第四节 波的反射和折射波的反射和折射1818世纪，意大利教士兼生物学家斯帕世纪，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。这种尖叫声在每秒的位置的。这种尖叫声在每秒2 2万到万到1010万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率万赫兹之间，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

2、运断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。动方式。蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”隐形飞机隐形飞机F F117117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发现目标，雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞规律，因此，当雷达波碰到飞行目标行目标(飞机、导弹）等时，一飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根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。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，由于一

3、般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达总有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波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。的吸收雷达波的涂料。一、波面和波线一、波面和波线 波波面面：同同一一时时刻刻，介介质质中中处处于于波波峰峰或或波波谷的质点所构成的面叫做波面谷的质点所构成的面叫做波面波线：用来表示波的传播方向的跟各个波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线波面垂直的线叫做波线 惠 更 斯C.Huygens荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)返回返回二、惠更斯原理二、惠更斯原理波动所到达的媒质中各点，都可以看作波动所到达的媒质中各点，都

4、可以看作为发射子波的波源，而后一时刻这些子为发射子波的波源，而后一时刻这些子波的包迹便是新的波阵。波的包迹便是新的波阵。三、惠更斯原理内容三、惠更斯原理内容 介质中任一波阵面上的各点，介质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新都是发射子波的新波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。阵面。根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。就可以确定下一时刻的波阵面。利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何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

5、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。何形状总是保持不变的。t t时刻波面时刻波面波传播方向波传播方向t+t+t t时刻波面时刻波面平面波平面波u tt+t球面波球面波.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 用惠更斯原理确定用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波前下一时刻平面波的波前 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

6、 四、四、波的反射波的反射 波遇到障碍物会返回来继续传播，波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射这种现象叫做波的反射 反射规律反射规律 入射角（入射角（i i）和反射角（）和反射角（i i）：入射波的波）：入射波的波线与平面法线的夹角线与平面法线的夹角i i叫做入射角反射波的叫做入射角反射波的波线与平面法线的夹角波线与平面法线的夹角i i 叫做反射角叫做反射角 反射定律：入射线、法线、反射线在同一平反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。角等于入射角。反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同反射波

7、的波长、频率、波速都跟入射波相同波遇到两种介质界面时，总存在反射波遇到两种介质界面时，总存在反射 练练习习1：某某人人想想听听到到自自己己发发出出的的声声音音的的回回声声，若若已已知知声声音音在在空空气气中中的的传传播播速速度度为为340 m/s，那么它至少要离障碍物多远，那么它至少要离障碍物多远?五、波的折射 波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的折射：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波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射 折射规律：1、折射角（折射角（r r）：折射波的波线与两介）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角质界面法线的夹角r r叫做折

8、射角叫做折射角 折射定律：入射线、法线、折射线在同一折射定律：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：折射波的频率、波速、波长与入射波的相等吗？折射波的频率、波速、波长与入射波的相等吗？为何为何？折射规律折射规律 c：折射波的波速、波长均发生：折射波的波速、波长均发生 改变改变 a：入射波波线与折射波波线及：入射波波线与折射波波线及 界面法线在同一平面内；界面法线在同一平

9、面内；b：折射波频率等于入射波频率：折射波频率等于入射波频率.波速不同波速不同传播方向改变传播方向改变折射率：由于一定的介质中的波速是一定的，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质对第一种介质的折射率 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，A、B点会发射子波，点会发射子波，经经t后，后，B点发射的子波到达界点发射的子波到达界面处面处D点，点，A点的到达点的到达C点，点，证毕证毕定理证明定理证明定理证明定理证

10、明: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.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，属属折折射射中的特例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长都发生改变都发生改变 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度不同不同 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

11、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：波从一种介质射入另一种介质时，传播定义：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。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 人体各个内脏的表面对超声人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也内脏和病变内脏的反射能力也不一样平常说的不一样平常说的“B超超”就是就是根据内脏反射的超声波进行造根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变影，帮助医生分析体内的病变的。的。“B超超”是亮度调制型超声诊是亮度调制型超声诊断仪的简称。由于能在荧光屏断仪的简称。由于能在荧光屏上显示出断面图像，所以又称上显示出断面图像，所以又称断面显像仪。断面显像仪。它所显示的图像具有与人体解剖位置直接对应的特点，所它所显示的图像具有与人体解剖位置直接对应的特点，所以十分直观，使用方便，诊断正确率高。近年来，以十分直观，使用方便，诊断正确率高。近年来，B型超型超声显象仪已被用于许多脏器的检查，但脑和眼等部位的辅声显象仪已被用于许多脏器的检查，但脑和眼等部位的辅助检查仍以助检查仍以A型为主。型为主。B 超超