第十二章 機(jī)械波12.4波的放射與折射

第十二章機(jī)械波12.4波的反射和折射2/3/20231一、教學(xué)目標(biāo)1．知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射2．知道波發(fā)生反射時(shí)，反射角等于入射角、反射波的頻率、波速和波長都與入射波相同．3．知道波發(fā)生折射是由于波在不同的介質(zhì)中速度不同．知道折射角與入射角的關(guān)系．2/3/20232二、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：波的反射和折射定律．難點(diǎn)：對(duì)波面和波線概念的理解．2/3/20233一、惠更斯原理克里斯蒂安·惠更斯，荷蘭人，世界知名物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家，和發(fā)明家，機(jī)械鐘(他發(fā)明的擺鐘屬于機(jī)械鐘)的發(fā)明者?；莞棺杂茁敾?，13歲時(shí)曾自制一臺(tái)車床，表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)手能力。。1645～1647年在萊頓大學(xué)學(xué)習(xí)法律與數(shù)學(xué);1647～1649年轉(zhuǎn)入布雷達(dá)學(xué)院深造。在阿基米德等人著作及笛卡兒等人直接影響下，致力于:力學(xué)、光波學(xué)、天文學(xué)及數(shù)學(xué)的研究。2/3/20234他善于把科學(xué)實(shí)踐和理論研究結(jié)合起來，透徹地解決問題，因此在擺鐘的發(fā)明、天文儀器的設(shè)計(jì)、彈性體碰撞和光的波動(dòng)理論等方面都有突出成就。他還推翻了牛頓的微粒說。2/3/20235實(shí)驗(yàn)2/3/202361．波面和波線（1）波面：同一時(shí)刻，介質(zhì)中處于波峰或波谷的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的面叫做波面．（2）波線：用來表示波的傳播方向的跟各個(gè)波面垂直的線叫做波線．如圖所示．2/3/20237子波源如圖在水槽里放入帶有小孔的擋板用筆觸動(dòng)水面激起水波2/3/20238惠更斯原理：波動(dòng)所到達(dá)的媒質(zhì)中各點(diǎn)，都可以看作為發(fā)射子波的波源，而后一時(shí)刻這些子波的包跡便是新的波陣。2/3/20239介質(zhì)中任一波陣面上的各點(diǎn)，都是發(fā)射子波的新波源，其后任意時(shí)刻，這些子波的包絡(luò)面就是新的波陣面。根據(jù)惠更斯原理，只要知道某一時(shí)刻的波陣面，就可以確定下一時(shí)刻的波陣面。利用惠更斯原理可以由已知的波面通過幾何作圖方法確定下一時(shí)刻的波面，從而確定波的傳播方向。例如當(dāng)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，用上述作圖法求出的波面的幾何形狀總是保持不變的。2/3/202310（二）波的反射【演示】在水波槽的裝置中，把一根金屬絲固定在振動(dòng)片上，當(dāng)金屬片振動(dòng)時(shí)，金屬絲周期性的觸動(dòng)水面，形成波源，在水面上從波源發(fā)出一列圓形波．將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用投影儀投影在屏幕上，可觀察到：（1）水面上形成一列圓形波（2）畫面上的圓形是朝各個(gè)方向傳播的波峰波谷．2/3/2023112．波的反射：波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射．【演示】觀察反射現(xiàn)象．在水波槽中放一塊長木板，會(huì)看到從波源發(fā)出的圓形波，遇到長木板后有一列圓形波從長木板反射回來．

2/3/2023122/3/2023132/3/2023143．反射規(guī)律（1）入射角（i）和反射角（I’）：入射波的波線與平面法線的夾角i叫做入射角．反射波的波線與平面法線的夾角叫做反射角．如圖所示。（2）反射規(guī)律①反射定律：入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。②反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同．4．波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射．2/3/2023154用惠更斯原理解釋波的反射和折射T0時(shí)刻到達(dá)波陣面ANB，T1時(shí)刻B到達(dá)B’,N到達(dá)N’.如果AN=NB,用A,N’,B’為子波源,則以A為圓心，V(T1-T0)為半徑的球面是T1時(shí)刻A的子波面，以N’為圓心，1/2V(T1-T0)為半徑的球面是T1時(shí)刻N(yùn)’的子波面,這些子波的包跡便是新的波陣A’B’。用幾何知識(shí)可以證i=I’N’2/3/202316三、波的折射1波的折射：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射．2水波的折射2/3/2023173．折射規(guī)律：1）、折射角（r）：折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角．2）、折射定律：

入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居法線兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比：2/3/202318折射波的頻率、波速、波長與入射波的相等嗎？為何？

折射規(guī)律

c：折射波的波速、波長均發(fā)生改變

a：入射波波線與折射波波線及界面法線在同一平面內(nèi)；b：折射波頻率等于入射波頻率.波速不同傳播方向改變2/3/202319由惠更斯原理，A、B為同一波面上的兩點(diǎn)，A、B點(diǎn)會(huì)發(fā)射子波，經(jīng)t后，B點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處D點(diǎn)，A點(diǎn)的到達(dá)C點(diǎn)，證畢定理證明:2/3/202320當(dāng)入射速度大于折射速度時(shí)，折射角折向法線.當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射角折離法線.當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，屬折射中的特例．在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變．波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同．2/3/2023214聲吶聲音導(dǎo)航與測距，SoundNavigationAndRanging”是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型，屬于聲學(xué)定位的范疇。聲吶是利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置。

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人體各個(gè)內(nèi)臟的表面對(duì)超聲波的反射能力是不同的，健康內(nèi)臟和病變內(nèi)臟的反射能力也不一樣．平常說的“B超”就是根據(jù)內(nèi)臟反射的超聲波進(jìn)行造影，幫助醫(yī)生分析體內(nèi)的病變的。

“B超”是亮度調(diào)制型超聲診斷儀的簡稱。由于能在熒光屏上顯示出