第第二二章章 机械波机械波四四、惠更斯原理、惠更斯原理波的反射与折射波的反射与折射隆昌一中高二物理备课组隆昌一中高二物理备课组蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎世纪，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。这种尖叫声在每秒定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到万到10万赫兹之间，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。波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的蝙蝠发出超声波，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、形状和运动方式回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。 雷达和隐形飞机：雷达和隐形飞机：雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位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，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当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射反射回来，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，因此整个隐形飞机强烈反射雷达波，因此整个隐形飞机F117飞机表面涂以黑色飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。的吸收雷达波的涂料。 水波通过窄缝时的水波通过窄缝时的现象现象 当水波在传播的过程中遇到障碍物时会出现怎当水波在传播的过程中遇到障碍物时会出现怎样的现象呢样的现象呢？ 从实验中可以看到：在直线波纹的水波传从实验中可以看到：在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长差不多的播过程中，到达一个宽度与波长差不多的狭缝时，水波穿过了狭缝，狭缝后面的波狭缝时，水波穿过了狭缝，狭缝后面的波纹呈圆形，以缝为圆心沿半径方向向周边纹呈圆形，以缝为圆心沿半径方向向周边传去，好像狭缝就是新的波源一样。传去，好像狭缝就是新的波源一样。实验现象总结实验现象总结：惠 更 斯C.Huygens荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)二、惠更斯原理二、惠更斯原理介质中任一波面上的介质中任一波面上的各点，各点， 都可以看做发都可以看做发射射子波的波源子波的波源。其后。其后任意时刻，这些子波任意时刻，这些子波在波前进方向的在波前进方向的包络包络面面就是就是新的波面新的波面。这。这就是惠更斯原理。就是惠更斯原理。一、波动中的几个概念一、波动中的几个概念1. 波面：波面：从波源发出的波经过同一传播时间而到达的从波源发出的波经过同一传播时间而到达的各点所组成的面，叫做波面。各点所组成的面，叫做波面。平平 面面 波波球球 面面 波波O3. 波线：波线：从波源发出沿着波的传播方向画出的带箭头的线称从波源发出沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波动的传播方向。为波线，它表示波动的传播方向。波线与波前垂直波线与波前垂直t 时刻的波前时刻的波前t +t 时刻的波前时刻的波前最前面的波面叫做波前。最前面的波面叫做波前。2. 波前：波前：动画模拟动画模拟.t 时刻的波面（波前）时刻的波面（波前）t+t时刻的波面（波前）时刻的波面（波前）子波波源子波波源tv平面波的惠更斯原理解释平面波的惠更斯原理解释 1 1、波在传播过程中，遇到两种介质的分波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射。波的反射。 三、波的反射三、波的反射 入射波的波前入射波的波前用惠更斯原理解释波的反射现象用惠更斯原理解释波的反射现象反射波的波前反射波的波前入射波的波线入射波的波线反射波的波线反射波的波线波的反射定律：波的反射定律： 当波传到两种介质交界面发生反射时当波传到两种介质交界面发生反射时（1）入射线、法线、反射线在同一平面内；）入射线、法线、反射线在同一平面内；（2）入射线与反射线分局居法线两侧；）入射线与反射线分局居法线两侧；（3）反射角等于入射角；）反射角等于入射角；（4）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。3 3反射规律反射规律 入射线、法线、反射线在同一平面内，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，反射角等入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。于入射角。1.反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同2.波遇到两种介质界面时，总存在反射波遇到两种介质界面时，总存在反射注意：注意： 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面点发射的子波到达界面BB点，点，A A点发射的子波到达点发射的子波到达AA点点。同种介质，波速不。同种介质，波速不变。变。ABacbacb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AB四、波的折射四、波的折射1. 折射现象折射现象：波在传播过程中，从一种介质进入另一种波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象。介质时，波的传播方向发生偏折的现象。2. 发生折射的原因发生折射的原因：不同介质中波的传播速度不同。不同介质中波的传播速度不同。CAiiBDrr入射波的波前入射波的波前折射波的波前折射波的波前反射波的波长、频率、波速都跟入射波反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同相同波遇到两种介质界面时，总存在反射波遇到两种介质界面时，总存在反射 界面界面介质介质I I介质介质IIII四、波的折射四、波的折射 2 2、折射角（、折射角（r r）：）： 折射波的波线与两介质界面法线的夹角折射波的波线与两介质界面法线的夹角r r叫做叫做折射角折射角 1、波从一种介质进入另一种介质时，波的传、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播方向发生了改变的现象叫做波的折射.法线法线3 3、折射定律：入射线、法线、折射线在同一平折射定律：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：质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，证毕证毕折射率： 由于一定的介质中的波速是一定的，所以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种介质的折射率当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线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，折射角折离法线当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线. .当当垂垂直直界界面面入入射射时时，传传播播方方向向不不改改变变，属属折折射射中的特例中的特例在在波波的的折折射射中中，波波的的频频率率不不改改变变，波波速速和和波波长长都发生改变都发生改变 波波发发生生折折射射的的原原因因：是是波波在在不不同同介介质质中中的的速速度度不同不同 波波的的反反射射规律规律 ： 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。小结小结规律规律：波波的的折折射射定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向定义：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。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