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选修3-4 第二章 机械波 第四节 惠更斯原理 波的反射与折射 蝙蝠的“眼睛”：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。 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。 【观察】在平静的湖水中，把一根竹杆放在湖面让其持续振动，形成波源，观察现象。 （1）水面上形成一列圆形波 （2）画面上的圆形是朝各个方向传播形成的波峰和波谷 1. 波面： 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。 平 面 波 球 面 波 O 3. 波线： 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。波线与波面垂直 t 时刻的波前 t +Δt 时刻的波前 最前面的波面叫做波前。 2. 波前： 一、波动中的几个概念 二 、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作新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前。 . . . . . . . . . t 时刻的波面 t Δ + t 时刻的波面 子波波源 t v Δ 二 、惠更斯原理 利用惠更斯原理确定下一时刻的波面 2、 应用 ：由已知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。 二 、惠更斯原理 惠更斯作图法 入射波的波前 反射波的波前 入射波的波线 反射波的波线 波的反射定律： （1）入射线、法线、反射线在同一平面内（三线共面） （2）入射线与反射线分局居法线两侧（法线居中） （3）反射角等于入射角（两角相等） （4）反射波的波长、频率、波速与入射波相同（特征不变） 三、波的反射 实验：水波的反射 经?t后，B点发射的子波到达界面处B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。 利用惠更斯原理证明波的反射定律 A B a c b a` c` b` 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 证毕 A` B` 1. 折射现象：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。 2. 发生折射的原因：不同介质中波的传播速度不同。 C A i i B D r r 入射波的波前 折射波的波前 四、波的折射 3. 折射定律： （1）入射线、法线、折射线在同一平面内（三线共面） （2）入射线与折射线分局居法线两侧（法线居中） （3）入射角正弦与折射角正弦之比等于波在第一种介质中传播速度与在第二种介质中传播速度之比。 （4）在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。 叫做第二种介质对第一种介质的折射率，用n21表示。 波在反射、折射时的频率、波速和波长 取决于 反射时 折射时 频率 波速 波长 波源 介质 频率和波速 不变 不变 不变 不变 改变 改变 1. 一列声波在空气中的波长为25cm，传播速度为340m/s，这列声波传入另一种介质中时，波长变为80cm，它在这种介质中传播速度是多少？ 1088m/s 2. 一列声以60°的入射角入射到两种介质的界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为0.6m，求折射波的波长和反射波的波长？ * *