第4讲讲 惠更斯原理 波的反射与折射 目标定位 1 知道什么是波面和波线 2 了解惠更斯 原理 会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象 3 认 识波的反射和折射现象 知道反射定律和折射定律 一 惠更斯原理 1 内容 波在传播过程中所到达的每一点都可看做 新的 从这些点发出 形状的子波 其 后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的 2 应用 根据惠更斯原理 可以用几何作图的方法 由已知的某一时刻波前确定下一时刻 从 而确定波的传播方向 波源 球面 波前 波前 二 波的反射 1 定义 波在传播的过程中 遇到两种介质的 时返回到原介质继续传播的现象叫波的反 射 2 反射定律 当波传播到两种介质的交界处发生反 射时 入射线 法线 反射线在 内 入 射线与反射线分别位于 两侧 而且反射角 入射角 反射波的波长 频率和波速都与入 射波 分界面 同一平面 法线 等于 相同 同一平面 法线 传播速度 传播速度 3 结论 1 当v1 v2时 i r 折射线 法线 2 当v1 v2时 i r 折射线 法线 3 当垂直界面入射 i 0 时 r 0 传播方向不 变 是折射中的特殊情况 偏向 偏离 1 惠更斯原理中 同一波面上的各点都可以看做子 波的波源 波源的频率与子波波源的频率相等 2 波线的指向表示波的传播方向 3 在各向同性均匀介质中 波线恒与波面垂直 4 球面波的波线是沿半径方向的直线 平面波的波 线是垂直于波面的平行直线 5 利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播 波的衍射 干涉和折射现象 但无法说明衍射现 象与狭缝或障碍物的大小关系 一 对惠更斯原理的理解 例1 多选 关于对惠更斯原理的理解 下列说 法正确的是 A 同一波面上的各质点振动情况完全相同 B 同一波面上的各质点振动情况可能不相同 C 球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D 无论怎样的波 波线始终和波面垂直 解析 按照惠更斯原理 波面是由任意时刻振 动情况完全相同的点构成的面 故A对 B错 由波 面和波线的概念 不难判定C D正确 答案 ACD 二 波在反射 折射现象中的波长 频率和波速 波现象 比较项 波的反射波的折射 传播方向改变 反 入改变 折 入 频率f不变不变 波速v 不变改变 波长 不变改变 特别提醒 1 频率 f 由波源决定 故无论是反 射波还是折射波都与入射波的频率相等 即与波源 的振动频率相同 2 波速 v 由介质决定 故反射波与入射波在同 一介质中传播 波速不变 折射波与入射波在不同 介质中传播 波速变化 3 据v f知 波长 与波速和频率有关 反射 波与入射波 频率同 波速同 故波长相同 折射 波与入射波在不同介质中传播 频率同 波速不同 故波长不同 解析 反射波的波长 频率 波速与入射波都应该 相等 故A B错 折射波的波长 波速与入射波都 不等 但频率相等 故C错 D正确 答案 D 针对训练 同一音叉发出的声波同时在水和空气中 传播 某时刻的波形曲线如图2所示 以下说法正确 的是 图 2 A 声波在水中波长较大 b是水中声波的波形 曲线 B 声波在空气中波长较大 b是空气中声波的 波形曲线 C 水中质点振动频率较高 a是水中声波的波 形曲线 D 空气中质点振动频率较高 a是空气中声波 的波形曲线 解析 波的频率取决于波源的振动频率 与介质无 关 故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播 时频率相同 但机械波在介质中传播的速度只取决 于介质性质 与波的频率无关 声波在水中传播的 速度大于在空气中传播的速度 由v f知 声波在 水中的波长应较大 对应于题图中波形曲线b 故只 有A正确 答案 A 三 反射现象的应用 2 超声波定位 蝙蝠能发出超声波 超声波遇到障 碍物或捕食目标时会被反射回来 蝙蝠就依据接收 到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置 从而确定飞行方向 另外海豚 雷达也是利用波的 反射来定位和测速的 例3 有一辆汽车以15 m s的速度匀速行驶 在 其正前方有一陡峭山崖 汽车鸣笛2 s后司机听到回 声 司机听到回声时汽车距山崖的距离多远 v声 340 m s