12.6《惠更斯原理---波的反射和折射》2015.6.13

1、 18 18世紀(jì)，意大利教士兼生物學(xué)家斯帕蘭世紀(jì)，意大利教士兼生物學(xué)家斯帕蘭扎尼研究蝙蝠在夜間活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠扎尼研究蝙蝠在夜間活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來(lái)確定障礙物的位置的。這種高頻率的尖叫來(lái)確定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒尖叫聲在每秒2 2萬(wàn)到萬(wàn)到1010萬(wàn)赫茲之間，我們的耳萬(wàn)赫茲之間，我們的耳朵對(duì)這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽(tīng)不到的。這朵對(duì)這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽(tīng)不到的。這樣的聲波稱(chēng)為超聲波。蝙蝠發(fā)出超聲波，然樣的聲波稱(chēng)為超聲波。蝙蝠發(fā)出超聲波，然后借助物體后借助物體反射回來(lái)的回聲反射回來(lái)的回聲，就能判斷出所，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運(yùn)動(dòng)方式。接近的物體的大小、形狀和

2、運(yùn)動(dòng)方式。蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”隱形飛機(jī)隱形飛機(jī)F117F117雷達(dá)確定目標(biāo)雷達(dá)確定目標(biāo)示意圖示意圖 雷達(dá)雷達(dá)是利用無(wú)線電波發(fā)現(xiàn)是利用無(wú)線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定其位置的設(shè)備。目標(biāo)，并測(cè)定其位置的設(shè)備。由于無(wú)線電波具有恒速、定向由于無(wú)線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，當(dāng)雷達(dá)波傳播的規(guī)律，因此，當(dāng)雷達(dá)波碰到飛行目標(biāo)碰到飛行目標(biāo)( (飛機(jī)、導(dǎo)彈）等飛機(jī)、導(dǎo)彈）等時(shí)，一部分雷達(dá)波便會(huì)反射回時(shí)，一部分雷達(dá)波便會(huì)反射回來(lái)，根據(jù)來(lái)，根據(jù)反射反射雷達(dá)波的時(shí)間和雷達(dá)波的時(shí)間和方位便可以計(jì)算出飛行目標(biāo)的方位便可以計(jì)算出飛行目標(biāo)的位置。位置。 由于一般飛機(jī)的外形比較復(fù)由于一般飛機(jī)的外形比較復(fù)雜，總有許多部分能夠

3、強(qiáng)烈雜，總有許多部分能夠強(qiáng)烈反射反射雷達(dá)波，因此整個(gè)飛機(jī)表面涂以雷達(dá)波，因此整個(gè)飛機(jī)表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。波谷波谷波峰波峰一、波面和波線一、波面和波線波面： 在任一時(shí)刻，介質(zhì)中任何振動(dòng)狀態(tài)相同的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的面叫做波面。波線： 用來(lái)表示波的傳播方向的，跟各個(gè)波面垂直的線叫做波線。波面波線波面波線二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 惠更斯原理內(nèi)容：惠更斯原理內(nèi)容：介質(zhì)中任一波面上的各介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn)，都可看作發(fā)射點(diǎn)，都可看作發(fā)射子波子波的波源的波源。其后任意時(shí)刻。其后任意時(shí)刻, ,這些子波在波前進(jìn)方向這些子波在波前進(jìn)方向的的包絡(luò)面包絡(luò)面就是就是新的波面新的波面。

4、惠惠 更更 斯斯荷蘭物理學(xué)家荷蘭物理學(xué)家. . . . . . . . .t 時(shí)刻的波面t+t時(shí)刻的波面子波波源tv二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 用惠更斯原理確定下一時(shí)刻用惠更斯原理確定下一時(shí)刻平面波平面波的波面的波面用惠更斯原理確定下一時(shí)刻用惠更斯原理確定下一時(shí)刻球面波球面波的波面的波面.子波波源子波波源t+t時(shí)刻時(shí)刻的波面的波面t 時(shí)刻時(shí)刻的波面的波面二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 tv 利用惠更斯原理可以由已知的波面通過(guò)幾利用惠更斯原理可以由已知的波面通過(guò)幾何作圖方法確定下一時(shí)刻的波面，從而確定波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)的傳播方向

5、。例如當(dāng)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，波面的幾何形狀總是保持不變的。中傳播時(shí)，波面的幾何形狀總是保持不變的。二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 三、波的反射三、波的反射 波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射叫做波的反射 波的反射現(xiàn)象波的反射現(xiàn)象三、波的反射三、波的反射 反射波的波線與平面法線的夾角反射波的波線與平面法線的夾角i i 叫做叫做反射角反射角。入射角（入射角（i i）：）：入射波的波線與平面法線的夾角入射波的波線與平面法線的夾角i i叫做叫做入射角入射角。反射角（反射角（i i）：）： 波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象波遇到障礙

6、物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射叫做波的反射 i i法線法線平面平面 經(jīng)經(jīng) t t后，后，B B點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)界面處BB點(diǎn)，點(diǎn)，A A點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)點(diǎn)發(fā)射的子波到達(dá)AA點(diǎn)。同種介質(zhì)，波速不變。點(diǎn)。同種介質(zhì)，波速不變。三、波的反射三、波的反射 用惠更斯原理解釋波的反射用惠更斯原理解釋波的反射i ii iABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB為波的一個(gè)波面為波的一個(gè)波面AABBAABBABABBABAii tvAB三、波的反射三、波的反射 入射線、法線、反射線入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居法線兩側(cè)，反射角

7、射線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。等于入射角。反射定律：反射定律：1.反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同。反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同。2.波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射。波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射。注意：注意：i i法線法線平面平面生活中反射現(xiàn)象的思考生活中反射現(xiàn)象的思考1回聲是聲波的反射現(xiàn)回聲是聲波的反射現(xiàn)象象 對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話(huà)，聲波傳到山崖或高墻時(shí)，對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話(huà)，聲波傳到山崖或高墻時(shí)，會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播2夏日的雷聲轟鳴不絕夏日的雷聲轟鳴不絕聲波在云層界面多次反射聲波在云層界面多次反射3在空房間里講話(huà)感覺(jué)聲音響在空房間里講話(huà)感覺(jué)聲音響

8、聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時(shí)，由于距離近，生反射時(shí)，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時(shí)到達(dá)原聲與回聲幾乎同時(shí)到達(dá)人耳人耳人耳只能分開(kāi)相差人耳只能分開(kāi)相差0.1s以上的聲音以上的聲音所以，所以，在房間里聽(tīng)不到回聲，人在房間里講話(huà)感覺(jué)聲音比在房間里聽(tīng)不到回聲，人在房間里講話(huà)感覺(jué)聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會(huì)在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會(huì)吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果四、波的折射四、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

9、現(xiàn)象叫做波的折射。播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射。波的折射現(xiàn)象波的折射現(xiàn)象界面界面介質(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 r）：）： 折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r r叫做叫做折射角折射角。 波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳波從一種介質(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。播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射。ir法線法線由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB為波的一個(gè)波面為波的一個(gè)波面irABCDirtv 1 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)，ADBDi sinADtv

10、1ADACr sinADtv 221sinsinvvri用惠更斯原理解釋波的折射用惠更斯原理解釋波的折射四、波的折射四、波的折射 tv 221sinsinvvri四、波的折射四、波的折射 折射定律：折射定律： 入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入入射線、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。度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比。2112vvn折射率折射率1.當(dāng)入射速度大于折射速度時(shí)，折射角折向法線。當(dāng)入射速度大于折射速度時(shí)，

11、折射角折向法線。2.當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射角折離法線。當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射角折離法線。3.當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，屬折當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，屬折射中的特例。射中的特例。4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長(zhǎng)都發(fā)生改變。長(zhǎng)都發(fā)生改變。波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同四、波的折射四、波的折射 注意：注意：波的反射規(guī)律 ： 1入射波波線反射波波線和法線在 同一平面內(nèi) 反射角等于入射角定義：波遇障礙物返回繼續(xù)傳播叫波的反射。小 結(jié)規(guī)律：波的折射定義：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫波的折射。入射波波線折射波波線和法線在同一平面內(nèi)21sinsinvvri 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