惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射 机机 械械 波波 思考感悟 在空旷旷的山谷中对对着山崖喊，能听到回声，夏 日的雷声轰鸣轰鸣 不绝绝，在空房间间里讲话讲话 感觉觉声音 很响，这这些都是我们们身边边常见见到的现现象，那么 产产生这这些现现象的原因是什么呢？ 提示：声波的反射 学习目标 1、知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射 。 2、知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的 频率、波速和波长都与入射波相同。 3、知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同 ，知道折射角与入射角的关系。 教学重点： 1、波的反射和折射现象。 2、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射 角的关系。 3、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。 教学难点： 用波的反射和折射现象解决实际问题。 自主学习 一、惠更斯原理 1波面和波线线 (1)波面：在波的传传播过过程中，任一时时刻_ 都相同的介质质质质 点所组组成的面 图图241 (2)波线线：与波面_且指向_的直线线， 如图图241所示 振动动状态态 垂直 传传播方向 2波的分类类 (1)球面波：波面是_的波，如空气中的声波 (2)平面波：波面是_的波，如水波 3惠更斯原理 (1)内容：介质质中波前上的各点，都可以看做一个新 的_，并发发出子波，其后这这些子波的 包络络面就是新的_它是惠更斯在1690年提出 的 (2)应应用：如果知道某时时刻一列波的某个波面的位置 ,还还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时时刻 这这个波面的位置，从而可确定波的_ 球面 平面 波源(子波源) 波面 前进进方向 二、波的反射 1定义义：波在传传播过过程中，遇到两种介质质的分 界面时时_到原介质继续传质继续传 播的现现象 2波的反射定律：当波传传播到两种介质质的交界 处发处发 生反射时时，_、 _、 _ 在同一平面内，入射线线与反射线线分别别位于_ 的两侧侧，而且入射角_反射角；反射波的波 长长、频频率和波速都与入射波_ 返回 入射线线法线线反射线线 法线线 等于 相同 偏折 正弦 正弦 波速 波速 O O 观察现象：观察现象： 水面水面OO点有一波源，水波点有一波源，水波向四周传播向四周传播。 现象：现象：1 1）水面上形成一列圆形波；）水面上形成一列圆形波； 2 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰 和波谷。和波谷。 一一波面和波线波面和波线 波面：波面： 同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所 构成的面叫做构成的面叫做波面波面。 波面波面 波线：波线： 用来表示用来表示波的传播方波的传播方 向向的跟各个波面的跟各个波面垂直垂直的线的线 叫做叫做波线波线。波线波线 波面波面 波线波线 二二惠更斯原理惠更斯原理 惠更斯原理内容：惠更斯原理内容： 介质中任意波面上的各点，都可以看做发射介质中任意波面上的各点，都可以看做发射 子波的波源子波的波源。其后任意时刻，这些子波在波前进。其后任意时刻，这些子波在波前进 方向的方向的包络面包络面就是就是新的波面新的波面。 为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提 出了一个原理。出了一个原理。 应用：应用： 根据惠更斯原理，根据惠更斯原理，知道知道某一时刻一列波的某个某一时刻一列波的某个 波面的位置波面的位置、波速波速，可以用几何做图法确定下一时，可以用几何做图法确定下一时 刻的波面。因此这一原理又叫刻的波面。因此这一原理又叫惠更斯作图法惠更斯作图法，它在，它在 很大程度上解决了波的传播方向问题。很大程度上解决了波的传播方向问题。 惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理用惠更斯原理确定确定下一时刻下一时刻平面波平面波的波面的波面 . . . . . . . . . t 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 t v . . . . . . . . . . . . . . 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 t v 惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻球面波球面波的波面的波面 惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理可解释波的用惠更斯原理可解释波的衍射衍射现象现象 波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源， 作出子波包络，得到新的作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波前。在缝的边缘处， 波的传播方向发生改变。波的传播方向发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近当狭缝缩小，与波长相近 时，衍射效果显著。时，衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。 特点：特点： 反射角等于入射角反射角等于入射角 反射波的波长、频率和波速反射波的波长、频率和波速 都和入射波相同都和入射波相同 实例：实例： 回声回声、混响、混响 现象现象： 波遇到障碍物会波遇到障碍物会返回来返回来继续继续 传播传播 入射角 反射角 平面平面 三三波的反射波的反射 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处BB点，点，A A点点 发射的子波到达发射的子波到达AA点点。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。 A B a c b a c b 由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB为波的一个波面为波的一个波面 A B 用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射 特点：特点： 波的频率不改变波的频率不改变 波速和波长都发生了改变波速和波长都发生了改变 入射角与折射角之间满足折入射角与折射角之间满足折 射定律射定律 现象现象： 波从一种介质射入另一种介波从一种介质射入另一种介 质时，传播的方向会发生改质时，传播的方向会发生改 变变 入射角入射角i i 折射角折射角r r 四四波的折射波的折射 由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB为波的一个波面为波的一个波面 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处D D点，点，A A 点的到达点的到达C C点，点， 用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射 入射线、法线、折射线在同一平面内，入射入射线、法线、折射线在同一平面内，入射 线与折射线分居法线两侧入射角的正弦跟折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在第一种介质中的速度跟波角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波 在第二种介质中的速度之比。在第二种介质中的速度之比。 折射率 折射定律折射定律： 1.1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向当入射速度大于折射速度时，折射角折向 法线。法线。 2.2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法当入射速度小于折射速度时，折射角折离法 线。线。 3.3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折 射中的特例。射中的特例。 4.4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波在波的折射中，波的频率不改变，波速和波 长都发生改变。长都发生改变。 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速波发生折射的原因：是波在不同介质中的速 度不同度不同 注意：注意： 波的折射波的折射 ： 取决于取决于反射反射时时时时折射折射时时时时 频频频频率率振源振源不不变变变变不不变变变变 波速波速介介质质质质不不变变变变改改变变变变 波波长长长长频频频频率和波速率和波速改改变变变变改改变变变变 波在反射、折射时的频率、波速和波长波在反射、折射时的频率、波速和波长 波波 的的 反反 射射 规律规律 ： ： 1 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：波遇障碍物返回继续传播叫波的定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射反射。 规律规律： 波波 的的 折折 射射 定义：定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播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 小小 结结： 即时时突破，小试试牛刀 例1. 如图图所示，某列波以60的入射角由甲介质质射到乙介 质质的界面上同时产时产 生反射和折射，若反射波的波线线 与折射波的波线线的夹夹角为为90，此波在乙介质质中的波 速为为1.2105 km/s， (1)该该波的折射角为为_ (2)该该波在甲介质质中的传传播速度为为多少？ 答案：(1)30 (2)2.08105 km/s 说说明：1.频频率f由波源决定，故无论论是反射波还还是 折射波都与入射波的频频率，即波源的振动频动频 率相 同 2波速v由介质质决定，故反射波与入射波在同一介 质质中传传播，波速不变变；折射波与入射波在不同介 质质中传传播，波速变变化 3据vf知，波长长与v及f有关，即与介质质及波 源有关，反射波与入射波在同一介质质中频频率相同 ，故波长长相同折射波与入射波在不同介质质中传传 播，f相同，v不同，故不同 例题题2.如图图所示1、2、3分别别代表入射波、反射波 、折射波的波线线，则则( ) A2与1的波长长、频频率相等，波速不等 B2与1的波速、频频率相等，波长长不等 C3与1的波速、频频率、波长长均相等 D3与1的频频率相等，波速、波长长均不等 解析：选选D.反射波的波速、波长长、频频率都相等 ，折射波的频频率不变变，波长长和波速发发生改变变， 故D正确 D 例题题3： 某物体发发出的声音在空气中的波长为长为 1 m ，波速340 m/s，在海水中的波长为长为 4.5 m. (1)该该波的频频率为为_ Hz，在海水中的波速为为 _ m/s. (2)若物体在海面上发发出的声音经经0.5 s听到回声，则则 海水深为为多少？ (3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动动，则经则经 过过多长时间长时间 听到回声？ (3)物体与声音运动动的过过程示意图图如图图246所示 设设听到回声的时间为时间为 t，则则 v物tv海t2s. 代入数据解得：t0.498 s. 【答案】 (1)340 1530 (2)382.5 m (3)0.498 s 随 堂 练 习 习题习题1 1：一列波从一种介质进入另一种介质，一列波从一种介质进入另一种介质， 下列说法正确的是下列说法正确的是 （ ） A A频率发生变化频率发生变化 B B波速发生变化波速发生变化 C C波长发生变化波长发生变化 D D频率、波速、波长都发生变化