經(jīng)典課件：惠更斯原理_波的反射及折射(教科版)

1、2.4 惠更斯原理波的反射與折射金屬絲周期性觸動水面，可金屬絲周期性觸動水面，可以看到：以看到：水波形成圓形的波水波形成圓形的波紋從波源向周圍傳播紋從波源向周圍傳播。用長方形直條作為波源拍擊水用長方形直條作為波源拍擊水面：面：產(chǎn)生直線波紋的水波。產(chǎn)生直線波紋的水波。圖中：圓和直線表示了波的波峰（或波谷）圖中：圓和直線表示了波的波峰（或波谷）縫寬與水波的波長相當縫寬與水波的波長相當，可以看到：在直線波紋的，可以看到：在直線波紋的水波傳播過程中，到達一個水波傳播過程中，到達一個寬度與波長相差不多的寬度與波長相差不多的狹縫狹縫時，水波穿過了狹縫，狹縫后面的時，水波穿過了狹縫，狹縫后面的波紋呈圓形波紋

2、呈圓形，以縫為圓心沿半徑方向向周圍傳去，以縫為圓心沿半徑方向向周圍傳去，好像狹縫就是好像狹縫就是波源一樣波源一樣。蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世紀，意大利教士兼生物學家斯帕蘭扎世紀，意大利教士兼生物學家斯帕蘭扎尼研究蝙蝠在夜間活動時，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確尼研究蝙蝠在夜間活動時，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確定障礙物的位置的。這種尖叫聲頻率在定障礙物的位置的。這種尖叫聲頻率在2萬到萬到10萬赫茲萬赫茲之間，之間，我們的耳朵對這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲我們的耳朵對這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲波稱為超聲波。波稱為超聲波。蝙蝠發(fā)出蝙蝠發(fā)出超聲波超聲波，然后借助物體反射

3、回來的，然后借助物體反射回來的回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運動方式回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運動方式。 隱形飛機隱形飛機F117F117雷達確定目標雷達確定目標示意圖示意圖雷達是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標，雷達是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標，并測定其位置的設(shè)備。由于無并測定其位置的設(shè)備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，當雷達波碰到飛規(guī)律，因此，當雷達波碰到飛行目標行目標( (飛機、導(dǎo)彈）等時，一飛機、導(dǎo)彈）等時，一部分雷達波便會部分雷達波便會反射反射回來，根回來，根據(jù)反射雷達波的時間和方位便據(jù)反射雷達波的時間和方位便可以計算出飛行目標的可以

4、計算出飛行目標的位置位置。由于一般飛機的外形比較復(fù)雜，由于一般飛機的外形比較復(fù)雜，總有許多部分能夠強烈反射雷達總有許多部分能夠強烈反射雷達波，因此整個飛機表面涂上黑色波，因此整個飛機表面涂上黑色能能吸收雷達波的材料吸收雷達波的材料。一、波面、波前和波線一、波面、波前和波線波面波面：振動狀態(tài)相同（含相位）振動狀態(tài)相同（含相位）的質(zhì)點組成的面。水波的質(zhì)點組成的面。水波的波面是一個個圓；空間一點發(fā)出的球面波，波面是以的波面是一個個圓；空間一點發(fā)出的球面波，波面是以波源為球心的一個個球面；對于平面波的波面是平面。波源為球心的一個個球面；對于平面波的波面是平面。波線波線：表示波的傳播方向的：表示波的傳播

5、方向的帶帶箭頭的箭頭的線線。波面波線波面波線波面和波線的關(guān)系：波面和波線的關(guān)系：互相垂直?；ハ啻怪薄Ｗ钋懊娴淖钋懊娴牟娌娼凶霾ㄇ?。叫做波前。波前波前：二二 、惠更斯、惠更斯原理原理 P32 1 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：波在傳播過程中所達到的每一點都可以波在傳播過程中所達到的每一點都可以看做看做新的波源新的波源，從這些點發(fā)出的，從這些點發(fā)出的球面形狀球面形狀的的子波子波，其，其后任一時刻這些后任一時刻這些子波波前的子波波前的包絡(luò)面包絡(luò)面就是就是新的波前新的波前。(一些幾何圖形的公切面，被稱為這些圖形的一些幾何圖形的公切面，被稱為這些圖形的包絡(luò)面包絡(luò)面). . . . . . . . .t 時刻的波

6、前t+t時刻的波前子波波源tv2 2、確定下一時刻平面波的波面、確定下一時刻平面波的波面3、確定下一時刻球面波的波面、確定下一時刻球面波的波面. .子波波源子波波源t+t時刻時刻的波前的波前t 時刻時刻的波前的波前tu 作用作用 ：由已知的波面通過幾何：由已知的波面通過幾何作圖方法確定下一時刻平面波、球作圖方法確定下一時刻平面波、球面波等的波面，根據(jù)兩者（面波等的波面，根據(jù)兩者（波線與波線與波面波面）的）的垂直垂直關(guān)系，從而關(guān)系，從而確定波的確定波的傳播方向傳播方向，所以惠更斯原理又叫，所以惠更斯原理又叫惠惠更斯作圖法更斯作圖法。三、波的反射三、波的反射 反射角反射角ii：反射波的波線與法線的

7、夾角：反射波的波線與法線的夾角入射角入射角i i：入射波的波線與法線的夾角：入射波的波線與法線的夾角波在傳播過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時返波在傳播過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 i i法線法線平面平面 規(guī)律（與光的反射定律相同）：規(guī)律（與光的反射定律相同）： 1 1、入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入、入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分別位于法線兩側(cè)射線與反射線分別位于法線兩側(cè) 2 2、反射角等于入射角、反射角等于入射角 3 3、反射波的波長、頻率、波速與入射波相同反射波的波長、頻率、波速與入射波相同水波的反射水波的反射 經(jīng)

8、經(jīng) t t后，后，B B點發(fā)射的子波到達界面處點發(fā)射的子波到達界面處B點，點，A A點發(fā)射的子波到達點發(fā)射的子波到達AA點。同種介質(zhì)，波速不變。點。同種介質(zhì)，波速不變。波的反射定律證明（波的反射定律證明（ P33P34）i ii iABacbacb由惠更斯原理由惠更斯原理，A A、B B為同一波面上的兩點，為同一波面上的兩點，AA、BB為同一波面上的兩點。為同一波面上的兩點。AABBAABBABABBABAii tvAB界面界面介質(zhì)介質(zhì)I I介質(zhì)介質(zhì)IIII四、波的折射四、波的折射 折射角（折射角（r）：）：折射波的波線與法線的夾角折射波的波線與法線的夾角 波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳

9、波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生了偏折的現(xiàn)象叫做播方向發(fā)生了偏折的現(xiàn)象叫做波的折射波的折射ir法線法線折射的原因：折射的原因：波在不同介質(zhì)中速度不同波在不同介質(zhì)中速度不同 由惠更斯原理由惠更斯原理，A A、B B為同一波面上的兩點為同一波面上的兩點irABCDirtv 1 經(jīng)經(jīng) t t后，后，B B點發(fā)射的子波到達界面處點發(fā)射的子波到達界面處D D點，點，A A點的子波到達點的子波到達C C點，點，ADBDi sinADtv 1ADACr sinADtv 221sinsinvvri波的折射規(guī)律的推導(dǎo)波的折射規(guī)律的推導(dǎo)tv 2 波折射的規(guī)律波折射的規(guī)律（與光的折射定律相同）（與光的

10、折射定律相同）（1）入射線、法線、折射線在）入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)；同一平面內(nèi)；（2）入射線與折射線分局居法）入射線與折射線分局居法線兩側(cè)；線兩側(cè)；（3）入射角正弦與折射角正弦）入射角正弦與折射角正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中傳播之比等于波在第一種介質(zhì)中傳播速度與在第二種介質(zhì)中傳播速度速度與在第二種介質(zhì)中傳播速度之比：之比：21sinsinvvri（4）在折射中，）在折射中，頻率不變頻率不變，波速和波長都會發(fā)生改變。，波速和波長都會發(fā)生改變。21vv只與兩種介質(zhì)的只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)性質(zhì)有關(guān)而與入射角度無關(guān)的常數(shù)。而與入射角度無關(guān)的常數(shù)。1.1.當入射速度大于折射速度時，折射波線靠攏

11、當入射速度大于折射速度時，折射波線靠攏法線；當入射速度小于折射速度時，折射波線法線；當入射速度小于折射速度時，折射波線遠離法線。遠離法線。2.當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例。射中的特例。3.在波的折射中，波的在波的折射中，波的頻率不改變頻率不改變，波速、波，波速、波長都發(fā)生改變。長都發(fā)生改變。注意：注意：猜想：波的反射、折射與光遵守同樣的規(guī)律，猜想：波的反射、折射與光遵守同樣的規(guī)律，那光是波或波是光呢？那光是波或波是光呢？21sinsinvvri1. 一列聲波在空氣中的波長為一列聲波在空氣中的波長為25cm，傳播速度為，傳播速度為340m/s，這，這列聲波傳入另一種介質(zhì)中時，波長變?yōu)榱新暡▊魅肓硪环N介質(zhì)中時，波長變?yōu)?0cm，