第十二章机械波 四 波的反射和折射 18世纪 意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时 发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的 这种尖叫声在每秒2万到10万赫兹之间 我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的 这样的声波称为超声波 蝙蝠发出超声波 然后借助物体反射回来的回声 就能判断出所接近的物体的大小 形状和运动方式 蝙蝠的 眼睛 隐形飞机F 117 雷达确定目标示意图 雷达是利用无线电波发现目标 并测定其位置的设备 由于无线电波具有恒速 定向传播的规律 因此 当雷达波碰到飞行目标 飞机 导弹 等时 一部分雷达波便会反射回来 根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置 由于一般飞机的外形比较复杂 总有许多部分能够强烈反射雷达波 因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料 一 波面和波线 波面 同一时刻 介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面 波线 用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线 惠更斯 C Huygens 荷兰物理学家 1629 1695 返回 结束 一 惠更斯原理 波动所到达的媒质中各点 都可以看作为发射子波的波源 而后一时刻这些子波的包迹便是新的波阵 介质中任一波阵面上的各点 都是发射子波的新波源 其后任意时刻 这些子波的包络面就是新的波阵面 根据惠更斯原理 只要知道某一时刻的波阵面 就可以确定下一时刻的波阵面 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻的波面 从而确定波的传播方向 例如当波在均匀的各向同性介质中传播时 用上述作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的 平面波 球面波 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波前 用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波前 三 波的反射 波遇到障碍物会返回来继续传播 这种现象叫做波的反射 3 反射规律 入射角 i 和反射角 i 入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角 反射波的波线与平面法线的夹角i 叫做反射角 反射定律 入射线 法线 反射线在同一平面内 入射线与反射线分居法线两侧 反射角等于入射角 用惠更斯原理解释波的反射 反射波的波长 频率 波速都跟入射波相同 波遇到两种介质界面时 总存在反射 练习1 某人想听到自己发出的声音的回声 若已知声音在空气中的传播速度为340m s 那么它至少要离障碍物多远 四 波的折射 波的折射 波从一种介质进入另一种介质时 波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射 2 折射规律 1 折射角 r 折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角 2 折射定律 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 折射波的频率 波速 波长与入射波的相等吗 为何 折射规律 波速不同 传播方向改变 折射率 由于一定的介质中的波速是一定的 所以 是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数 叫做第二种介质对第一种介质的折射率 由惠更斯原理 A B为同一波面上的两点 A B点会发射子波 经 t后 B点发射的子波到达界面处D点 A点的到达C点 证毕 定理证明 当入射速度大于折射速度时 折射角折向法线 当入射速度小于折射速度时 折射角折离法线 当垂直界面入射时 传播方向不改变 属折射中的特例 在波的折射中 波的频率不改变 波速和波长都发生改变 波发生折射的原因 是波在不同介质中的速度不同 小结 规律 B超