《34惠更斯原理波的反射与折射》由会员分享，可在线阅读，更多相关《34惠更斯原理波的反射与折射（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射机机 械械 波波思考感悟思考感悟在在空空旷旷的的山山谷谷中中对对着着山山崖崖喊喊，能能听听到到回回声声，夏夏日日的的雷雷声声轰轰鸣鸣不不绝绝，在在空空房房间间里里讲讲话话感感觉觉声声音音很很响响，这这些些都都是是我我们们身身边边常常见见到到的的现现象象，那那么么产产生生这这些些现现象的原因是什么呢？象的原因是什么呢？提示：提示：声波的反射声波的反射学习目标学习目标1、知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射。、知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射。2、知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的、知道波发生反射时，反射角等于入射角，
2、反射波的频率、波速和波长都与入射波相同。频率、波速和波长都与入射波相同。3、知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，、知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系。知道折射角与入射角的关系。教学重点教学重点：1、波的反射和折射现象。、波的反射和折射现象。2、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射角的关系。角的关系。3、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。教学难点教学难点：用波的反射和折射现象解决实际问题。用波的反射和折射现象解决实际问题。自主学习自主学习一、
3、惠更斯原理一、惠更斯原理1波面和波波面和波线线(1)波面：在波的波面：在波的传传播播过过程中，任一程中，任一时时刻刻_都相同的介都相同的介质质质质点所点所组组成的面成的面图图241(2)波波线线：与波面：与波面_且指向且指向_的直的直线线，如如图图241所示所示振振动动状状态态垂直垂直传传播方向播方向2波的分波的分类类(1)球面波：波面是球面波：波面是_的波，如空气中的声波的波，如空气中的声波(2)平面波：波面是平面波：波面是_的波，如水波的波，如水波3惠更斯原理惠更斯原理(1)内容：介内容：介质质中波前上的各点，都可以看做一个中波前上的各点，都可以看做一个新的新的_，并，并发发出子波，其后出
4、子波，其后这这些子波些子波的包的包络络面就是新的面就是新的_它是惠更斯在它是惠更斯在1690年提年提出的出的(2)应应用：如果知道某用：如果知道某时时刻一列波的某个波面的位刻一列波的某个波面的位置置,还还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时时刻刻这这个波面的位置，从而可确定波的个波面的位置，从而可确定波的_球面球面平面平面波源波源(子波源子波源)波面波面前前进进方向方向二、波的反射二、波的反射1定定义义：波在：波在传传播播过过程中，遇到两种介程中，遇到两种介质质的分的分界面界面时时_到原介到原介质继续传质继续传播的播的现现象象2波的反射定律：当波波的反射定
5、律：当波传传播到两种介播到两种介质质的交界的交界处发处发生反射生反射时时，_、 _、 _在同一平面内，入射在同一平面内，入射线线与反射与反射线线分分别别位于位于_的两的两侧侧，而且入射角，而且入射角_反射角；反射波的波反射角；反射波的波长长、频频率和波速都与入射波率和波速都与入射波_ 返回返回入射入射线线法法线线反射反射线线法法线线等于等于相同相同偏折偏折正弦正弦正弦正弦波速波速波速波速O O观察现象：观察现象：观察现象：观察现象： 水面水面水面水面OO点有一波源，水波点有一波源，水波点有一波源，水波点有一波源，水波向四周传播向四周传播向四周传播向四周传播。 现象：现象：现象：现象：1 1）水
6、面上形成一列圆形波；）水面上形成一列圆形波；）水面上形成一列圆形波；）水面上形成一列圆形波； 2 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷。和波谷。和波谷。和波谷。一一一一波面和波线波面和波线波面和波线波面和波线波面：波面：波面：波面： 同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做构成的面叫做构成的面叫做构成的面叫做波面波面波面波面。波面波面波面波面波线：波线：波线
7、：波线： 用来表示用来表示用来表示用来表示波的传播方波的传播方波的传播方波的传播方向向向向的跟各个波面的跟各个波面的跟各个波面的跟各个波面垂直垂直垂直垂直的线的线的线的线叫做叫做叫做叫做波线波线波线波线。波线波线波线波线波面波面波面波面波线波线波线波线二二二二惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理 惠更斯原理内容：惠更斯原理内容：惠更斯原理内容：惠更斯原理内容： 介质中任意波面上的各点，都可以看做发射介质中任意波面上的各点，都可以看做发射介质中任意波面上的各点，都可以看做发射介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源子波的波源子波的波源子波的波源。其后任意时刻，这些子波在波前进。其后任
8、意时刻，这些子波在波前进。其后任意时刻，这些子波在波前进。其后任意时刻，这些子波在波前进方向的方向的方向的方向的包络面包络面包络面包络面就是就是就是就是新的波面新的波面新的波面新的波面。 为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提出了一个原理。出了一个原理。出了一个原理。出了一个原理。 应用：应用：应用：应用： 根据惠更斯原理，根据惠更斯原理，根据惠更斯原理，根据惠更斯原理，知道知道知道知道某一时刻一列波的某个某一时刻一列波的某个某一时刻一列波的某个某一时刻一列波的某个波面的位置波面的
9、位置波面的位置波面的位置、波速波速波速波速，可以用几何做图法确定下一时，可以用几何做图法确定下一时，可以用几何做图法确定下一时，可以用几何做图法确定下一时刻的波面。因此这一原理又叫刻的波面。因此这一原理又叫刻的波面。因此这一原理又叫刻的波面。因此这一原理又叫惠更斯作图法惠更斯作图法惠更斯作图法惠更斯作图法，它在，它在，它在，它在很大程度上解决了波的传播方向问题。很大程度上解决了波的传播方向问题。很大程度上解决了波的传播方向问题。很大程度上解决了波的传播方向问题。惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理用惠更斯原理用惠更斯原理用惠更斯原理确定确定确定
10、确定下一时刻下一时刻下一时刻下一时刻平面波平面波平面波平面波的波面的波面的波面的波面. . . . . . . . .t t 时刻的波面时刻的波面时刻的波面时刻的波面t+t时刻的波面时刻的波面时刻的波面时刻的波面子波波源子波波源子波波源子波波源tv.子波波源子波波源子波波源子波波源t+t时刻时刻时刻时刻的波面的波面的波面的波面t 时刻时刻时刻时刻的波面的波面的波面的波面tv惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻用惠更斯原理确定下一时刻球面波球面波球面波球面波的波面的波面的波面的波面惠更斯
11、原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用：惠更斯原理的应用： 用惠更斯原理可解释波的用惠更斯原理可解释波的用惠更斯原理可解释波的用惠更斯原理可解释波的衍射衍射衍射衍射现象现象现象现象 波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的作出子波包络，得到新的作出子波包络，得到新的作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波前。在缝的边缘处，波前。在缝的边缘处，波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。波的传播方向发生改变。波的传播方向发生改变。波的传播方向发生改变。
12、 当狭缝缩小，与波长相近当狭缝缩小，与波长相近当狭缝缩小，与波长相近当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。时，衍射效果显著。时，衍射效果显著。时，衍射效果显著。衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。特点：特点：反射角等于入射角反射角等于入射角反射角等于入射角反射角等于入射角反射波的波长、频率和波速反射波的波长、频率和波速反射波的波长、频率和波速反射波的波长、频率和波速都和入射波相同都和入射波相同都和入射波相同都和入射波相同实例：实例：回声回声回声回声、混响、混响、混响、混响现象现象：波遇到障碍物会波遇到障碍物会波遇到障碍物会波遇到障碍
13、物会返回来返回来返回来返回来继续继续继续继续传播传播传播传播入射角反射角平面平面平面平面三三三三波的反射波的反射波的反射波的反射 经经经经 t t后，后，后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处BB点，点，点，点，A A点点点点发射的子波到达发射的子波到达发射的子波到达发射的子波到达AA点点点点。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。ABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，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为波的一个波面为波的一个波面AB用惠更斯原理解释波的
14、反射用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射用惠更斯原理解释波的反射 特点：特点：波的频率不改变波的频率不改变波的频率不改变波的频率不改变波速和波长都发生了改变波速和波长都发生了改变波速和波长都发生了改变波速和波长都发生了改变入射角与折射角之间满足折入射角与折射角之间满足折入射角与折射角之间满足折入射角与折射角之间满足折射定律射定律射定律射定律现象现象：波从一种介质射入另一种介波从一种介质射入另一种介波从一种介质射入另一种介波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改质时，传播的方向会发生改质时，传播的方向会发生改质时，传播的方向会发生改变变变变入射角入射角入射角入射角i i折射角
15、折射角折射角折射角r r四四四四波的折射波的折射波的折射波的折射 由惠更斯原理，由惠更斯原理，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为波的一个波面为波的一个波面 经经经经 t t后，后，后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处D D点，点，点，点，A A点的到达点的到达点的到达点的到达C C点，点，点，点，用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射用惠更斯原理解释波的折射 入射线、法线、折射线在同一平面内，入射入射线、法线、折射线在同一平面内，入射入射线、法线、折射线在同一平面
16、内，入射入射线、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线与折射线分居法线两侧入射角的正弦跟折射线与折射线分居法线两侧入射角的正弦跟折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角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波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。在第二种介质中的速度之比。在第二种介质中的速度之比。在第二种介质中的速度之比。折射率折射率折射定律折射定律折射定律折射定律： 1.1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向当入射速度大于折射速度时，折射
17、角折向当入射速度大于折射速度时，折射角折向当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。法线。法线。法线。 2.2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法当入射速度小于折射速度时，折射角折离法当入射速度小于折射速度时，折射角折离法当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。线。线。线。 3.3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。射中的特例。射中的特例。射中的特例。 4.4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波在波的折射中，波的频率不改变，波速和波在波的折射中，波的频率不
18、改变，波速和波在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。长都发生改变。长都发生改变。长都发生改变。 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速波发生折射的原因：是波在不同介质中的速波发生折射的原因：是波在不同介质中的速波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同度不同度不同度不同注意：注意：注意：注意：波的折射波的折射波的折射波的折射 ：取决于取决于取决于取决于反射时反射时反射时反射时折射时折射时折射时折射时频率频率频率频率振源振源振源振源不变不变不变不变不变不变不变不变波速波速波速波速介质介质介质介质不变不变不变不变改变改变改变改变波长波长波长波长频率和波速频率和波速频率和波速频率和波
19、速改变改变改变改变改变改变改变改变波在反射、折射时的频率、波速和波长波在反射、折射时的频率、波速和波长波在反射、折射时的频率、波速和波长波在反射、折射时的频率、波速和波长波波波波的的的的反反反反射射射射规律规律规律规律 ： 1 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反射反
20、射。规律规律规律规律：波波波波的的的的折折折折射射射射定义：定义：定义：定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播波从一种介质射入另一种介质时，传播波从一种介质射入另一种介质时，传播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。方向会发生改变，这种现象叫波的折射。方向会发生改变，这种现象叫波的折射。方向会发生改变，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一平面内一平面内小小小小 结结结结：即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀例例1.如如图图所所示示，某某列列
21、波波以以60的的入入射射角角由由甲甲介介质质射射到到乙乙介介质质的的界界面面上上同同时时产产生生反反射射和和折折射射，若若反反射射波波的的波波线线与与折折射射波波的的波波线线的的夹夹角角为为90，此此波波在在乙乙介介质质中中的的波波速速为为1.2105 km/s，(1)该该波的折射角波的折射角为为_(2)该该波在甲介波在甲介质质中的中的传传播速度播速度为为多少？多少？答案：答案：(1)30(2)2.08105 km/s说说明明：1.频频率率f由由波波源源决决定定，故故无无论论是是反反射射波波还还是是折折射波都与入射波的射波都与入射波的频频率，即波源的振率，即波源的振动频动频率相同率相同2波波速
22、速v由由介介质质决决定定，故故反反射射波波与与入入射射波波在在同同一一介介质质中中传传播播，波波速速不不变变；折折射射波波与与入入射射波波在在不不同同介介质质中中传传播，波速播，波速变变化化3据据vf知，波知，波长长与与v及及f有关，即与介有关，即与介质质及波源及波源有关，反射波与入射波在同一介有关，反射波与入射波在同一介质质中中频频率相同，故率相同，故波波长长相同折射波与入射波在不同介相同折射波与入射波在不同介质质中中传传播，播，f相同，相同，v不同，故不同，故不同不同例例题题2.如如图图所所示示1、2、3分分别别代代表表入入射射波波、反反射射波波、折射波的波折射波的波线线，则则()A2与与
23、1的波的波长长、频频率相等，波速不等率相等，波速不等B2与与1的波速、的波速、频频率相等，波率相等，波长长不等不等C3与与1的波速、的波速、频频率、波率、波长长均相等均相等D3与与1的的频频率相等，波速、波率相等，波速、波长长均不等均不等解析：解析：选选D.反射波的波速、波反射波的波速、波长长、频频率都相等，折率都相等，折射波的射波的频频率不率不变变，波，波长长和波速和波速发发生改生改变变，故，故D正确正确D 例例题题3： 某某物物体体发发出出的的声声音音在在空空气气中中的的波波长长为为1 m，波速，波速340 m/s，在海水中的波，在海水中的波长为长为4.5 m.(1)该该波波的的频频率率为
24、为_ Hz，在在海海水水中中的的波波速速为为_ m/s.(2)若若物物体体在在海海面面上上发发出出的的声声音音经经0.5 s听听到到回回声声，则则海水深海水深为为多少？多少？(3)若物体以若物体以5 m/s的速度由海面向海底运的速度由海面向海底运动动，则经则经过过多多长时间长时间听到回声？听到回声？(3)物体与声音运物体与声音运动动的的过过程示意程示意图图如如图图246所示所示设设听到回声的听到回声的时间为时间为t，则则v物物tv海海t2s.代入数据解得：代入数据解得：t0.498 s.【答案答案】(1)3401530(2)382.5 m(3)0.498 s随随 堂堂 练练 习习 习题习题习题
25、习题1 1：一列波从一种介质进入另一种介质，一列波从一种介质进入另一种介质，一列波从一种介质进入另一种介质，一列波从一种介质进入另一种介质，下列说法正确的是下列说法正确的是下列说法正确的是下列说法正确的是 （ ） A A频率发生变化频率发生变化频率发生变化频率发生变化 B B波速发生变化波速发生变化波速发生变化波速发生变化 C C波长发生变化波长发生变化波长发生变化波长发生变化 D D频率、波速、波长都发生变化频率、波速、波长都发生变化频率、波速、波长都发生变化频率、波速、波长都发生变化BCBC 习题习题习题习题2 2：荷兰物理学家惠更斯荷兰物理学家惠更斯荷兰物理学家惠更斯荷兰物理学家惠更斯1
26、6901690年提出：年提出：年提出：年提出：_。这被称为惠更斯原理。这被称为惠更斯原理。这被称为惠更斯原理。这被称为惠更斯原理。 根据惠更斯原理，只要知道波速和某一时刻根据惠更斯原理，只要知道波速和某一时刻根据惠更斯原理，只要知道波速和某一时刻根据惠更斯原理，只要知道波速和某一时刻的波面，就可以求出下一时刻的波阵面，从而也的波面，就可以求出下一时刻的波阵面，从而也的波面，就可以求出下一时刻的波阵面，从而也的波面，就可以求出下一时刻的波阵面，从而也就知道了就知道了就知道了就知道了_。波的传播方向波的传播方向波的传播方向波的传播方向 随随 堂堂 练练 习习 习题习题习题习题3 3：一列波以一列波
27、以一列波以一列波以5353的入射角入射到两种介的入射角入射到两种介的入射角入射到两种介的入射角入射到两种介质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为射波的波长为射波的波长为射波的波长为0.60.6米，那么折射波的波长为：米，那么折射波的波长为：米，那么折射波的波长为：米，那么折射波的波长为： _m_m，反射波的波长为，反射波的波长为，反射波的波长为，反射波的波长为_m_m。 （sin53=0.8 cos37=0.6sin53=0.8 cos37=0.6）答案：答案：答案：答案：0.45m0.45m、 0.6m0.6m
