波的反射和折射

波的反射和折射第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日

如上圖所示,以O(shè)為球心的球面波在時刻t的波面為r,按照惠更斯原理,r面上每個點都是子波的波源,設(shè)各個方向的波速都是v,在Δt時間之后各子波的波面如圖中虛線所示,虛線圈的半徑為vΔt,r′是這些子波波面的包絡(luò)面,它就是原來球面波的波面在時間Δt后的新位置.可以看出,新的波面仍是一個球,它與原來球面的半徑之差為vΔt,表示波向前傳播了vΔt的距離.與此類似,可用惠更斯原理解釋平面波的傳播.(如下圖)第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日三?波的反射當(dāng)波遇到障礙物時,會返回到原來的介質(zhì)中繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫做波的反射.入射角:入射波線與法線的夾角.如下圖中的α.反射角:反射波線與法線的夾角.如下圖中的β.反射定律:入射波線?法線?反射波線在同一平面內(nèi),且反射角等于入射角.第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日四?波的折射

波傳播到兩種不同的可傳播波的介質(zhì)界面時,會有一部分進(jìn)入第二介質(zhì)中,但波線會發(fā)生變化,這種現(xiàn)象叫波的折射.

折射角:折射波線與法線間的夾角θ2,如下圖中所示.

折射率:v1、v2分別是表示波在兩種介質(zhì)中的速度,n12=

叫做第2種介質(zhì)對第1種介質(zhì)的折射率.

折射定律:第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一、波面和波線1、波面：同一時刻，介質(zhì)中處于波峰或波谷的質(zhì)點所構(gòu)成的面叫做波面．2、波線：與波面垂直的線表示波的傳播方向叫做波線．

第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日說明：1、波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向。2、在各向同性的均勻介質(zhì)中，波線與波面垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面。3、球面波的波線是沿半徑方向的直線，平面波的波線是垂直于波面的平行直線。3、幾種常見的波：1）波面為球面的波叫球面波

2）波面為平面的波叫平面波第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日二、惠更斯原理

惠更斯原理內(nèi)容如下：介質(zhì)中任意波面上的各點都可看作發(fā)射子波的波源。其后任意時刻,這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面?；莞笴.Huygens荷蘭物理學(xué)家(1629-1695)第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日利用惠更斯原理可以由已知的波面通過幾何作圖方法確定下一時刻的波面，從而確定波的傳播方向。例如當(dāng)波在均勻的各向同性介質(zhì)中傳播時，用上述作圖法求出的波面的幾何形狀總是保持不變的。波傳播方向平面波t+t時刻波面ut球面波t+tt時刻波面第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日.........t時刻的波面tΔ+t時刻的波面子波波源tuΔ

用惠更斯原理確定下一時刻平面波的波前第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日

用惠更斯原理確定下一時刻球面波的波前................子波波源tΔ+t時刻的波面t時刻的波面tuΔ第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日

三、波的反射

1、波遇到障礙物會返回來繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的反射．

2、反射規(guī)律1）入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波線與平面法線的夾角i叫做入射角．反射波的波線與平面法線的夾角i’叫做反射角．

2）反射定律：入射波線、法線、反射波線在同一平面內(nèi)，入射波線與反射波線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。3）反射波的的波長、頻率、波速都跟入射波相同。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日生活中反射現(xiàn)象的思考1．回聲是聲波的反射現(xiàn)象．原因是對著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時，會被反射回來繼續(xù)傳播．2．夏日的雷聲轟鳴不絕．原因是聲波在云層界面多次反射．3．在空房間里講話感覺聲音響．原因是：聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時到達(dá)人耳．人耳只能分開相差0.1s以上的聲音．所以，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會吸收聲波，會影響室內(nèi)的聲響效果．4．水波傳到岸邊也會發(fā)生反射現(xiàn)象．第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同．波遇到兩種介質(zhì)界面時，總存在反射．

第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日4、波速與波長的關(guān)系：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播的方向一般會發(fā)生改變，波長和波速改變，而波的頻率不改變。（當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例）說明：1、波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同．

2、在波速大的介質(zhì)中的角大。聲波在固體、液體中的速度大于在氣體中的速度第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2．折射規(guī)律：

1、折射角（r）：折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角．

第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2、折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居法線兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比：第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)入射速度大于折射速度時，折射角折向法線.當(dāng)入射速度小于折射速度時，折射角折離法線.當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例．在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變．

波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同．

第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日蝙蝠的“眼睛”：18世紀(jì)，意大利教士兼生物學(xué)家斯帕蘭扎尼研究蝙蝠在夜間活動時，發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒2萬到10萬赫茲之間，我們的耳朵對這樣頻率范圍內(nèi)的聲波是聽不到的。這樣的聲波稱為超聲波。蝙蝠發(fā)出超聲波，然后借助物體反射回來的回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運動方式。第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日雷達(dá)和隱形飛機：雷達(dá)是利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測定其位置的設(shè)備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規(guī)律，因此，當(dāng)雷達(dá)波碰到飛行目標(biāo)(飛機、導(dǎo)彈）等時，一部分雷達(dá)波便會反射回來，根據(jù)反射雷達(dá)波的時間和方位便可以計算出飛行目標(biāo)的位置。由于一般飛機的外形比較復(fù)雜，總有許多部分能夠強烈反射雷達(dá)波，因此整個隱形飛機F—117飛機表面涂以黑色的吸收雷達(dá)波的涂料。第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一、波動中的幾個概念1.波面：從波源發(fā)出的波經(jīng)過同一傳播時間而到達(dá)的各點所組成的面，叫做波面。平面波球面波O3.波線：從波源發(fā)出沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線稱為波線，它表示波動的傳播方向。波線與波前垂直t時刻的波前t+Δt時刻的波前最前面的波面叫做波前。2.波前：第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日.........t時刻的波面（波前）tΔ+t時刻的波面（波前）子波波源tvΔ平面波的惠更斯原理解釋第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日入射波的波前用惠更斯原理解釋波的反射現(xiàn)象反射波的波前入射波的波線反射波的波線波的反射定律：當(dāng)波傳到兩種介質(zhì)交界面發(fā)生反射時（1）入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)；（2）入射線與反射線分居法線兩側(cè)；（3）反射角等于入射角；（4）反射波的波長、頻率、波速與入射波相同。第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日四、波的折射1.折射現(xiàn)象：波在傳播過程中，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象。2.發(fā)生折射的原因：不同介質(zhì)中波的傳播速度不同。CAiiBDrr入射波的波前折射波的波前第二十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日3.折射定律：（1）入射線、法線、折射線在