声波在平面界面的反射折射和透射
声波的七种效应
声波的七种效应
声波在介质中传播时可能产生以下七种效应：
1. 反射：当声波遇到障碍物或界面时，部分能量会被反射回来，并改变声波的传播方向和强度。
2. 折射：当声波从一个介质传播到另一个介质时，由于介质的密度和声速的变化，声波的传播方向也会发生改变。
3. 吸收：介质中的材料吸收声波的能量，导致声波的逐渐减弱和衰减。
4. 散射：当声波遇到介质中的不均匀性或微观结构时，会发生散射，使声波在不同方向上扩散。
5. 干涉：当两个或多个声波在同一位置相遇时，它们可能会相互叠加或相消干涉，导致声波的增强或减弱。
6. 绕射：当声波遇到一个障碍物边缘时，它可能会沿着障碍物的曲面弯曲传播，这种现象称为绕射。
7. 多次反射：声波在多个表面之间来回反射，产生复杂的声场分布，这种现象被称为多次反射。
这些效应在声学领域中有广泛的应用，例如在声音传播、声学工程、超声成像和音响技术等方面。
超声反射、折射、衍射、散射与超声场的影像学意义
超声反射、折射、衍射、散射与超声场的影像学意义摘要：本文主要讲述了超声的反射、折射、衍射、散射以及超声场在超声的医学诊断中的重要意义。
关键字：超声医学，反射，折射，衍射，散射，超声场Abstract:This paper describes ultrasonic reflection, refraction, diffraction, scattering, and ultrasonic field of medical ultrasonic diagnosis significance. Keyword:UltrasoundMedicine,reflection,refraction,diffraction,scattering,ultrasonic field正文：一、反射与折射发生的先决条件:①介质的声阻抗在界面处发生突变②界面的线度远大于声波波长及声束的直径原理：当声波从一种介质向另一种传播时，如果两者的声阻抗不同，就会在其分界面上产生反射和透射现象，使一部分能量返回第一种介质。
另一部分能量，穿过界面进入第二种介质，继续向前传播。
如遇两声速不同的介质时可引起传播方向的改变，即为折射。
超声波的折射与反射示意图△Z＞0.1%即可产生反射。
声阻抗差越大，反射越强。
如果界面的尽寸大于声束的直径为大界面，这时其反射规律遵循几何学的反射定律，即；反射角（β）等于入射角（α）。
显然，当超声的入射角大于0°时，由于反射角等于入射角，反射的声束就不能被一探头全部接收。
当入射角接近0°时，反射的声束就可全部为同一探头所接收，所以，在超声诊断中，应注意手法，不断地转动或侧动探头，使入射声束方向与被探测脏器的表面垂直，以期得到尽可能多的回声。
二、衍射与散射原理：超声波在介质内传播过程中，如果所遇到的物体界面或障碍物的线度与超声波长相近时，超声可以绕过障碍物的边缘，此时反射回波很少，这种现象叫衍射。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射声波这个东西，大家肯定都不陌生吧。
它就像是一种无形的能量，可以在空气中传播。
咱们生活中的很多事情都跟声波有关，比如说打电话、听音乐、看电影等等。
今天咱们就来聊聊声波的一些神奇之处——反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射。
咱们来说说声波的反射。
你有没有想过，为什么你在敲门的时候，如果里面没人回应，你就得多敲几下呢？这就是因为声音在门上反弹了几次，才传到了你的耳朵里。
所以说，声波遇到障碍物的时候，就会发生反射。
咱们来看看声波的折射。
你知道吗，有时候你站在大街上，突然听到一个人在你身后说话，感觉声音是从天上掉下来的。
这就是因为声音在空气和地面之间发生了折射，导致了方向的改变。
所以说，声波在不同介质之间传播的时候，也会发生折射。
再来说说声波的衍射。
你有没有看过月亮上的环形山？其实那就是声波在月球表面发生的衍射现象。
因为月球表面有很多凹凸不平的地方，所以声波在传播的过程中会发生偏折，形成了环形山的形状。
所以说，声波在传播过程中，也会发生衍射现象。
咱们来说说声波的扩散。
你有没有觉得，当你在家里唱歌的时候，整个房间都会响起来？这就是因为声音在空气中不断扩散，传到了周围的所有地方。
所以说，声波在空气中传播的时候，会发生扩散现象。
咱们来看看声波的吸收。
你有没有发现，有些地方的声音特别小？那是因为那些地方有很多吸收材料，把声音都吸收掉了。
所以说，声波在传播过程中，也会被吸收掉一部分能量。
咱们来说说声波的透射。
你有没有听说过回声定位？那就是因为声波在遇到障碍物之后，会发生透射现象，让科学家们能够探测到物体的位置。
所以说，声波在传播过程中，也会发生透射现象。
声波这个世界可真是神奇啊。
它既能传播信息，又能改变我们的生活环境。
所以说，咱们要好好珍惜这个神奇的世界哦！。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射波阵面与声线声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播。
声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波阵面。
波阵面为同心球面的波称为球面波。
它是由点声源所发出的。
当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可以看成是点声源。
波阵面为同轴柱面的波，称为柱面波。
它是由线声源发出的。
如果把许多靠的很近的单个点声源沿一直线排列，就形成了线声源。
波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波称为平面波。
它是由面声源发出的。
在靠近一个大的振动表面处，声波接近于平面波。
如果把许多距离很近的声源放置在一平面上，也类似于平面波声源。
声波的反射、折射、扩散、衍射、扩散、吸收和透射声波的反射：声波在传播过程中遇到介质密度变化时，会有声音的反射。
房间界面对在室内空气中传播的声波反射情况取决于其表面的性质。
平面的反射下图表示大而平的光滑表面对声音反射的情况，反射的声波都呈球状分布，它们的曲率中心是声源的“像”，即与平方反比定律一致。
因此，反射声强度取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声音的吸收程度。
光滑平面对声波的反射反射的定律：1）入射线、反射线法线在同一侧。
2）入射线和反射线分别在法线两侧。
3）入射角等于反射角。
曲面的反射弯曲表面对声音的反射仍然用声线表示声波的传播方向，下图表示由平面反射的声线是来自“像”声源的射线，呈辐射状分布，入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内，入射线和反射线分别在法线的两侧，入射角等于反射角。
投射到凸曲面上的声线都分别被反射，反射波的波阵面并不是圆的一部分，而是必须由画总长度相等的各条声线求得。
声波遇到平面和凸曲面反射的比较下图分别表示对由平面、凸曲面及凹曲面形成的反射声线及波阵面的比较。
从声源到反射面的距离都相等，所分析的入射声波立体角相同，所画的波阵面的时间间隔也相同。
可以看出，来自凸曲面的波阵面比来自平面的波阵面大得多，而来自凹曲面的波阵面则小得多，并且缩小了。
应用物理原理解析声波的反射与折射现象
反射系数
定义：声波在两种不同介质中传播时，反射回来的声能占总声能的比例 计算公式：R = (Z2 - Z1) / (Z2 + Z1)，其中Z1和Z2分别为两种介质的声阻抗 影响因素：声阻抗、声速、密度、温度等 应用：声波探测、声波成像、声波通信等领域
反射声波的特性
反射声波的方向与入射声波 的方向相反
声波的传播速度
声波在空气中的传播速度：340m/s 声波在水中的传播速度：1500m/s 声波在固体中的传播速度：5000m/s 声波在不同介质中的传播速度不同，与介质的密度、弹性和温度有关。
声波的振动方向
声波是一种机械波，其振动方向与传播方向垂直。
声波的振动方向可以是纵向的，也可以是横向的。
声波的反射与折射现 象的物理原理
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01
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04
声波的折射现 象
02
声波的基本特 性
05
声波在介质界 面上的行为
03
声波的反射现 象
06
声波的传播规 律与物理模型
01 添加章节标题
02 声波的基本特性
公式：n=c1/c2， 其中n为折射系数， c1和c2分别为两种 介质中的声速
影响因素：折射系 数与两种介质的声 速、密度、温度等 因素有关
应用：折射系数在 声波探测、声波通 信等领域有广泛应 用
折射声波的特性
声波在传播过 程中遇到不同 介质时，会发
生折射现象
折射声波的方 向与入射声波 的方向不同， 折射角与入射 角之间的关系 遵循斯涅尔定
声波在遇到障碍物时，会发 生反射现象
声波的反射、折射与透射
1 20℃时空气和水的特性阻抗分别为m s Pa R ⋅=4151及m s Pa R ⋅⨯=621048.1，计算平面声波由空气垂直入射于水面上时反射声压大小及声强透射系数。
声压反射系数11212≈+-=R R R R r p ， 声强透射系数3221212211122221021.1)(422-⨯≈+====R R R R t R R c p c p I I r p ia ta i t I ρρ2声波由空气以 30=i θ斜入射于水中，试问折射角为多大？分界面上反射波声压于入射波声压之比为多少？平均声能量流透射系数为多少？ 21sin sin c c t i =θθ,查表知s m c /3441=，s m c /14832= 又116.230sin 3441483sin 12>≈= i c c θ，所以发生全反射现象 反射波声压于入射波声压之比为1==i rp P P r 平均声能量流透射系数为0cos cos ==it I w t t θθ 3试求空气中厚为1mm 的铁板对200Hz 及2000Hz 声波的声强透射系数t I (考虑垂直入射). 声强透射系数为Dk R R D k t I 222211222sin )(cos 44++=. (1) f ＝200Hz 时，2889.0435020022=⋅==πωc k ，4210889.2-⨯=D k . 由于12<<D k ，则0sin ,1cos 22≈≈D k D k ，1≈⇒I t .(2) f=2000Hz 时，分析过程同上，1≈I t .4试导出三层媒质的声强透射系数（4－10－43）式。
设一厚度为D ，特性阻抗为222R c ρ=的中间层媒质置于特性阻抗为111R c ρ=与333R c ρ=中，如图所示。
则11j()a j()a e e t k x i i t k x i i p p ωωυυ--⎧=⎨=⎩；11j()11a j()11a e e t k x r r t k x r r p p p ωωυ++⎧=⎨=⎩；22j()22a j()22a e et k x t t t k x t t p p p ωωυ--⎧=⎨=⎩； 22j()22a j()22a e e t k x rr t k x r r p p ωωυυ++⎧=⎨=⎩；33j[()]a j[()]a e et k x D t t t k x D t t p p ωωυυ----⎧=⎪⎨=⎪⎩ 其中a 1a 2a 2a a a 1a 2a 2a a 11223,,,,i r t r t i r t r t p p p p p R R R R R υυυυυ==-==-= 123123,,k k k c c c ωωω===当0x =时，a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a i r t r i r t r p p p p υυυυ+=+⎧⎨+=+⎩即a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a 1122i r t r i r t r p p p p p p p p R R R R +=+⎧⎪⎨-=-⎪⎩（1） 当x D =时，2222t r t t r t p p p υυυ+=⎧⎨+=⎩即2222-j j 2a 2a a -j j 2a 2a a 223e e e e k D k D t r t k D k D t r t p p p p p p R R R ⎧+=⎪⎨-=⎪⎩（2） 由（1）得2a 122a 122a 2()()i t r R p R R p R R p =+-- (3)由（2）得22j 322a a 3-j 322a a 3e 2e 2k D t t k Dr t R R p p R R R p p R +⎧=⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩(4)把（4）代入（3）得22j -j 32322a 12a 12a 332()e ()e 22k D k D i t t R R R R R p R R p R R p R R +-=+-- 则2aa t i p p 22223j -j 123212324()()e ()()e k D k DR R R R R R R R R R =++--- [][]2231232123221232123224()()()()cos ()()()()sin R R R R R R R R R R k D j R R R R R R R R k D =++---++++--22322132213242()cos 2()sin R R R R R k D j R R R k D=+++ 2223222222213221324()cos ()sin R R R R R k D R R R k D =+++ 232222131322224()cos ()sin R R R R R k D R k D R =+++则2a 1312222213a 3132222||4||()cos ()sin t I i p R R R t R R p R R R k D R k D R =⋅=+++。
2.6 超声波垂直入射到界面的反射和折射
r Z2 Z1 0.15 4.5 0.935 Z2 Z1 0.15 4.5
t 2Z2 2 0.15 0.065 Z2 Z1 0.15 4.5
R r2 0.9352 0.875
当Z1>Z2时，如钢/水
直探头保护膜的设计
2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出的超声波透过 界面进入工件，在固/气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收
这时探头接收到的回波声压与入射波声压之比，称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa 4Z1Z2 Pt (Z2 Z1)2
超声波通过异质薄层时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗和薄层声阻抗 有关，而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2有关
2.6.2薄层界面的反射率与透射率
1.均匀介质中的异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）当
d2
n
2 2
（n为整数）时，r
0,t
1。这说明当薄层两侧介质声阻抗相等，
薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异
4Z1Z3
(Z1 Z3)2。这说明超声波垂直入射到两侧介质声
阻抗不同的薄层时，若薄层厚度等于半波长的整数倍，则通过薄层的声强透射
率与薄层的性质无关，好象不存在薄层一样
（2）d2 (2n 1) 4（2 n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3 时，此时T＝1，即声强透射率等于
1，超声波全透射。
T
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
声波的反射原理
声波的反射原理
声波的反射原理是指当声波遇到障碍物或界面时，一部分声能会被障碍物反射回去。
这种现象是由于声波的传播具有几何光学的特性。
当声波传播到一个界面上时，如果两个介质的声速不同，则声波会因为速度的突变而产生折射现象。
而当声波传播到一个可以反射声波的障碍物上时，部分声波会被反射回来。
根据反射原理，当声波入射到一个平面障碍物上时，根据入射角与反射角相等的关系，可以推导出反射声波的角度。
当声波入射到一个曲面障碍物上时，反射角的计算则需要借助表面的几何形状。
除了入射角与反射角之间的关系，反射声波的强度也受到材料的特性影响。
声波在反射过程中会发生一定程度的能量损失，这取决于障碍物的材料及其表面的平整度。
如果障碍物比较粗糙，声波的反射率会降低，一部分能量会转化为散射。
另外，声波的频率也会影响反射强度，因为不同频率的声波与材料之间的相互作用也有所不同。
声波的反射原理在实际中有广泛的应用，比如声纳、超声波检测和声学教育等领域。
通过利用声波的反射特性，可以实现对物体的成像、检测和测量，为科学研究和工程应用提供了有力的工具。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第5页
2.6.1 单一平界面反射率与透射率
以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上声压、声 强反射率和透射率
一样适合用于横波入射情况, 但必须注意是在固体/液 体或固体/气体界面上, 横波全反射。因为横波不能在 液体和气体中传输。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第6页
2.6.2薄层界面反射率与透射率
薄层界面反射透射示意图
超声波经过异质薄层时声压反射率和透射率不但与介质声阻抗和薄层声阻抗相 关, 而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2相关
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第7页
2.6.2薄层界面反射率与透射率
1.均匀介质中异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）等当，薄层d2厚 n度（22 为n为其整半数波）长时整，数r 倍0,时t ，1。超这声说波明全当透薄射层，两几侧乎介无质反声射阻，抗好相象 不存在异质薄层一样。这种透声层常称为半波透声层。
强透射率与薄层性质无关，好象不存在薄层一样
（2）
d2 (2n 1（) 42n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3
时，此时T＝1，即声强透射
率等于1，超声波全透射。
直探头保护膜设计
超声波垂直入射到界面的反射和折射
第8页
2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中, 探头兼作发射和接收超声波。探头发出超声波透过界面 进入工件, 在固/气底面产生全反射后再次经过同一界面被探头接收
这时探头接收到回波声压与入射波声压之比, 称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa Pt
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
声压往复透射率与界面两侧介质声阻抗相关, 与从何种介质入射到界面无关。界
2.7 超声波倾斜入射到界面的反射和折射
时的反射和折射
2.7.1 波型转换与反射、折射定律
• 当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折 射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称 为波型转换
图2—40 声波倾斜入射示意图
2.7.1 波型转换与反射、折射定律
当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生 一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个 与入射波方向相同的透射波。
超声波倾斜入射，折射波全反射，探头接收到的回波声压Pa 与入射波 声压P0之比称为声压往复透射率，常用T表示，T=Pa/P0。如图2－44 所示。
图2—44斜入射声压往复透射率示意图
2.7.3 声压往复透射率
• 图4—45为纵波斜入射至水/钢界面时的声压往复透射率与 入射角的关系图。图上表明，当纵波入射角小于 14.5°(第一临界角)时，折射纵波往复透射率不超过13％， 折射横波往复透射率小与6％。当纵波入射角为14.5°～ 27.27°(第二临界角)之间时，钢中没有折射纵波，只有折 射横波，其折射横波往复透射率最高不到20％。
由于在同一介质中纵波波速不变，因此 L L 。又由于在同一介质
中纵波波速大于横波波速，因此 L s, L S
（1）第一临界角αⅠ： L 90
1
arcsin
cL1 cL 2
（2）第二临界角αⅡ：
S 90
II
arcsin cL1 cS 2
图2—41 临界角示意图
•
横波入射产生变形纵波
2.7.2 声压反射率
1.纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射 教材图2－42表示的是纵波斜入射到钢/空气时纵波声压反射
率0°与逐横渐波增声加压，反纵射波率L声随6压0入 反射射角率的从变1化.0逐。渐随下着降纵；波而入在射6角0从° 与70°之间纵波声压反射率达到极小值；纵波入射角继续 增大，纵波声压反射率又随之增大直到1.0。当入射角在 60度左右时产生一个较强的反射横波。 2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射 • 教材图2－43表示的是横波斜入射到钢/空气时的情况。随 着横波入射角从0°逐渐增加，横波声压反射率从1.0逐渐 下降；而在20°与30°之间横波声压反射率达到极小值； 横波入射角继续增大，横波声压反射率继续随之增大，当 横波反射角α’S≥33.2°时横波声压反射率等于1.0。
声波的反射和折射定律
声波的反射和折射定律
声波的反射和折射定律
声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。
下面是小编为大家整理的声波的反射和折射定律，仅供参考，欢迎阅读。
声波的反射和折射定律
声波的折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面上；入射线、折射线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比等于第一种介质中传播速度与第二种介质中传播速度之比。
声波的反射定律：当声波从一种媒质入射到声学特性不同的另一种媒质时，在两种媒质的分界面处将发生反射，使入射声波的一部分能量返回第一种媒质。
声波
声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。
声波是一种机械波，由声源振动产生，声波传播的空间就称为声场。
人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz（赫兹）至20kHz之间。
声波可以理解为介质偏离平衡态的小扰动的传播。
这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递。
如果扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波。
如果扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散，和激波的产生。
声音始于空气质点的'振动，如吉他弦、人的声带或扬声器纸盆产生的振动。
这些振动一起推动邻近的空气分子，而轻微增加空气压力。
压力下的空气分子随后推动周围的空气分子，后者又推动下一组分子，依此类推。
高压区域穿过空气时，在后面留下低压区域。
当这些压力波的变化到达人耳时，会振动耳中的神经末梢，我们将这些振动听为声音。
3.3 波的反射、折射和衍射(教案)
3.3 波的反射、折射和衍射问题一：如图甲所示，我们在山中对着山谷大声喊“你好……”时，会听到“连绵不断”的“你好……”的回声；如图乙所示，在空旷的大房间里大声说话时，会听到“嗡嗡”的回声，导致不容易听清声音，这些属于波的什么现象？答：甲图是声波在峭壁上反射的结果，乙图是声波在墙壁上反射的结果，都是声波的反射现象一、波的反射1、定义：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象2、入射角（i）和反射角（i＇）：（1）入射角：入射波的波线与平面法线的夹角i（2）反射角：反射波的波线与平面法线的夹角i＇3、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。
注意：（1）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4、应用：（1）回声测距：①．当声源不动时，声波遇到静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中的传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s = v声·t2②．当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s =（v声+ v）·t2③．当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s =（v声- v）·t2（2）超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向的.【例1】某物体发出的声音在空气中的波长为1m，波速为340m/s，在海水中的波长为4.5m，（1）该波的频率为 Hz，在海水中的波速为 m/s（2）若物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声，则海水深为多少？（3）若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？解析：（1）由f = vλ = 3401= 340Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为：v海 =λf = 4.5×340 m/s = 1530m/s （2）入射声波和反射声波用时相同，则海水深为：s = v海·t2= 1530×0.52m = 382.5m（3）物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声时间为t，则：v物t + v海t = 2s => t = 0.498s问题2：墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却会明显地减弱，这是为什么？答：声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，外面传入室内的声音就显著地减弱了。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射声波在我们的生活中无处不在，像是空气中流动的乐章。
无论是轻轻的音乐，还是亲友间的低语，声波都在悄然传递信息。
今天就聊聊声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射。
听起来挺专业的，但其实很有趣！一、声波的反射声波反射就像是一场对话。
当声音遇到一个表面时，它会反弹回来。
想象一下，你在一个空旷的房间里大喊：“嘿！”声音撞上墙壁，立刻回响回来。
这种现象叫做回声。
音乐厅的设计就是利用声波反射，创造出美妙的音效。
设计师们会考虑墙壁的角度和材料，确保每一个音符都能完美回响。
你在那种环境里，仿佛置身于音乐的海洋，音符就像鱼儿在水中游动，恣意洒脱。
1.1 回声的应用回声不仅仅是听到声音的反弹。
我们在山谷中大喊，听到的回声，常常会带来一丝神秘感。
这种自然的现象让人感受到大自然的魅力。
而在现代科技中，声波反射被广泛应用于声呐系统，帮助潜艇在深海中探测物体。
通过分析反射的声波，潜艇可以了解周围环境，确保安全。
想想看，声波成了潜艇的“眼睛”，多神奇啊！1.2 声音在不同材料中的反射不同材料的反射效果各有千秋。
金属表面反射声音效果极佳，像是一个个小音响。
而布料、木头则会吸收部分声音，导致反射不那么明显。
这样一来，音响效果就会有所不同。
你在家里用的沙发，虽然很舒适，但会让声音变得柔和，温暖，就像是在温馨的怀抱中低语。
二、声波的折射声波折射就像是阳光透过水面折射出美丽的光影。
当声音进入不同的介质，比如从空气到水，速度和方向都会改变。
这就好比我们在泳池边说话，水中的声音听起来比在岸上要模糊很多。
那是因为声波在水中传播得更快，但也更容易被吸收。
2.1 水中的声音传播水中的声音传播给了我们另一个视角。
想象一下潜水员在水下的世界，四周是静谧的海洋，声音在水中轻盈地舞动。
鱼群游过，声音传递得如丝般细腻。
这个时候，声波的折射让他们能够捕捉到周围的动静。
在那种环境中，声波就像是一条隐形的丝线，连接着人与自然。
声波与介质界面的反射与折射特性研究
声波与介质界面的反射与折射特性研究概述：声波在传播过程中与介质界面发生反射和折射，这一现象被广泛应用于医学、地质勘探、无损检测等领域。
本文将从介质界面的反射和折射原理入手，探讨其在不同领域中的应用以及相关研究成果。
一、声波反射特性研究声波在介质界面上的反射特性是声波技术应用的基础。
例如在医学超声成像中，声波传播到人体组织表面时会发生多次反射，形成了图像。
过去几十年中，研究人员通过理论分析和实验研究，改善了超声成像的分辨率和对深层组织的穿透能力。
研究表明，声波在介质界面上的反射特性与界面形状、材料的物理特性以及入射角度有关。
随着研究深入，研究人员发现通过改变声波的频率、幅度以及调节入射角度，可以改变声波在介质界面上的反射程度，从而提高超声成像图像的质量。
二、声波折射特性研究声波在介质界面上的折射特性是另一个重要的研究方向。
例如地震勘探中，声波通过地层界面时会发生折射，从而提供地质信息。
通过研究声波的折射特性，地震学家可以推断地下构造以及资源分布情况。
研究显示，声波在介质间传播时会发生速度变化，从而导致折射现象。
根据斯涅尔定律，这种折射现象可以通过折射定律来描述，即入射角、折射角和介质的折射率之间有一定的关系。
研究人员通过测量声波在不同介质中的折射角度，可以推断出介质的折射率，进而了解介质的物理性质。
三、应用与研究成果声波与介质界面的反射与折射特性在多个领域中得到了广泛应用，并取得了一系列研究成果。
在医学领域，超声成像技术已经成为常用的诊断手段，帮助医生观察内部结构。
研究人员不断改进超声成像设备，提高图像质量和分辨率，以及扩大其在病理学研究中的应用。
在地质勘探中，地震波技术被广泛应用于勘探矿产资源和油气田。
通过研究地震波的反射与折射特性，地质工程师可以分析地下结构，并确定资源丰度和储量，为资源开发提供科学依据。
此外，在无损检测领域，声波技术也发挥了重要作用。
例如超声波无损检测技术可以检测材料内部的缺陷和裂纹，广泛应用于制造业和航空航天等领域。
波的反射、折射和衍射+示范教案
波的反射、折射和衍射教学目标(1)通过实验认识波的反射、折射和衍射现象。
(2)通过用射线解释反射、折射现象，认识波动中建构物理模型的方法。
(3)知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。
教学重难点教学重点(1)通过观察实验，认识波的反射、折射和衍射现象。
(2)产生明显衍射现象的条件。
教学难点(1)波的衍射的理解。
(2)波的衍射与波沿直线传播的区别。
教学准备多媒体课件教学过程新课引入我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。
如夏日的雷声轰鸣不绝，就是声波在云层界面多次反射造成的。
对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。
教师设问：生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？讲授新课一、波的反射我们可以通过实验来研究水波的反射规律。
演示：水波的反射如图甲，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。
在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
实验结果表明，当水波遇到挡板时会发生反射。
如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的反射方向，我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。
定义：波在传播的过程中，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作波的反射。
规律：(1)反射光线、法线和入射光线在同一平面内，反射线与入射线分局法线两侧，反射角等于入射角。
(2)由于在同种介质中波的速度不变，频率不变，根据v=λf可知波长λ不变。
二、波的折射机械波会发生折射吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。
观察水波的折射视频：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射，如图所示。
如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。
三、波的衍射在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。
在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。
超声波探伤的物理基础——（第四节超声平面在平界面上斜入射的行为）
第一章 超声波探伤的物理基础第四节 超声平面在平界面上斜入射的行为超声平面波以一定的倾斜角入射到异质界面上时，就会产生声波的反射和折射、并且遵循反射和折射定律。
在一定条件下，界面上还会产生波型转换现象。
一、斜入射时界面上的反射、折射和波型转换(1) 超声波在固体界面上的反射1. 固体中纵波斜入射于固体——气体界面图1–25中，L α为纵波入射角，1L α为纵波反射角，1S α为横波反射角，其反射定律可用下列数学式表示：1S 1S 1L 1L L L sin C sin C sin C α=α=α (1–34) 因入射纵波L 与反射纵波L 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1L L C C =，所以1L L α=α。
又因同一介质中纵波声速大于横波声速，即1S 1L C C ＞，所以1S 1L αα＞。
2. 横波斜入射于固体——气体界面图1–26中，S α为横波入射角，1S α为横波反射角，1L α为纵波反射角。
由反射定律可知：1L 1L 1S 1S S S sin C sin C sin C α=α=α (1–35)图1–25 纵波斜入射 图1–26 横波斜入射因入射横波S 与反射横波S 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1S S C C =，所以1S S α=α。
又因同一介质中1S 1L C C ＞，所以，1S 1L αα＞。
结论：当超声波在固体中以某角度斜入射于异质面上，其入射角等于反射角，纵波反射角大于横波反射角，或者说横波反射声束总是位于纵波反射声束与法线之间。
图(1–27)表示钢及铝材中纵波入射时的横波反射角，也可以看成横波入射时的纵波反射角。
(2) 超声波的折射1. 纵波斜入射的折射图1–28中L α为第一介质的纵波入射角，L β为第二介质的纵波折射角，S β为第二介质的横波折射角，其折射定律可用下列数学式表示：S2S L 2L L L sin C sin Csin C β=β=α (1–36)图1–27 钢及铝村中纵波入射时的横波反射角(或横波入射时的纵波反射角) 图1–28 纵波斜入射在第二介质中，因2S 2L C C ＞，所以S L sin sin ββ＞，S L ββ＞，横波折射声束总是位于纵波折射声束与法线之间。
声学基础4.10平面声波的反射 折射与透射
⑤Z1 (Z1>> Z2).R=-1,D=0
称完全软边界.反射波声压与入射波声压大小相等, 相位相反,在界面上的合成声压为零；在界面处,入 射波与反射波的振速大小相等,相位相同,界面上的 合成振速为入射波的两倍.
折射波声压为零—无折射波产生；在界面处,介质2 中的质点有相当于入射波振速两倍的速度,但由于 介质2 “完全柔软”,故介质2中没有波动传播.也为全 反射.从水向空气入射就近于这种情况.
0.5 0.4
00
IRI 560
2a 1800
00
反射系数,相角随入射角的变化曲线
4.10.4平面声波通过介质层时的反射和折射 讨论垂直入射的情况 利用前面的结果可知, 各介 质中的声压和振速分别为： 介质I中
(e)
介质Ⅱ中 (f)
介质Ⅲ中 (g)
介质层的输入阻抗、反射和折射系数 在x = 0处的声学边界条件为
由上式可见,反射系数与折射系数只与两交界面介 质的波阻抗及入射角有关.
为了以下讨论方便,令
密度比
介质2对1的折射率
由 得
R,D可写为：
讨论：
①全透射
当声波入射角 i 满足
得到：
这时没有反射波,声波全部进入介质 2.所以 0 称
为全透射角.
并不是对任意的两种介质（m 和 n）都可以出现全 透射现象.出现全透射的条件：
○ 注意事项： – 存在反射波的的平面声场中,输入阻抗一般不等 于介质的特性阻抗,也不是实数,这是有界平面波 声场区别于无限介质平面行波场很重要的特征. 不仅平面波如此,对其他声场也是这样.
R表达式及透射系数的计算 将(m)代入(i)中
或者 由(ha)式左边消去B1求得
代入下图,可以把前面公
声波垂直入射在两种介质界面处的反射和透射
声波垂直入射在两种介质界面处的反射和透射
赵水标
【期刊名称】《临沂大学学报》
【年(卷),期】2003(025)003
【摘要】通过对入射波、反射波和透射波振幅和声压的定量比较,得到了声波垂直入射在分界面处位移和声压的反射系数和透射系数,并对各种情况下的反射波和透射波进行了分析讨论.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】赵水标
【作者单位】宁波大学,理学院,浙江,宁波,315211
【正文语种】中文
【中图分类】O422.3
【相关文献】
1.光在介质分界面处的反射和透射 [J], 周玉坤;卢永
2.声波在水-多孔介质海底界面上的反射与透射 [J], 彭临慧;赵燕鹏;郁高坤
3.声波在两种多孔介质界面上的反射和透射 [J], 乔文孝;王宁;严炽培
4.光在介质分界面处的反射和透射 [J], 周玉坤;卢永
5.具有封闭孔隙的孔隙介质分界面上声波的反射和透射 [J], 韩其玉;刘仲一;牟永光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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;
Zs2
2c2 cost
pt vtx
——法向声阻抗率——法向速度！
全透射
tp
22c2 cosi 2c2 cosi 1c1 cost
1
2c2 cosi 1c1
折射波
pr
pr 0
exp[i(t
k1
x
cos
r
k1y sinr )]
vrx
cosr 1c1
pr
12
在媒质I中
p1 pi pr pi0 exp[i(t k1x cosi k1y sini )]
pr 0
exp[i(t
k1
x
cos
r
k1y sinr )]
v1x
vix
vrx
cosi 1c1
第4章 声波在平面界面的反射、折射和透射
4.1 声波垂直入射到平面界面 4.2 声波斜入射到平面界面 4.3 声波垂直入射到多层平面界面 4.4 隔声的基本规律
1
4.1声波垂直入射到平面界面
一垛普通的砖墙既可以隔掉部分声音，但又不能把全部 的声音都隔掉；一垛木板墙将有更多的声音被透射进去。 声波的这种反射、透射现象也是声传播的一个重要特征。
rp 0; rv 0; t p 0; tv 1
——硬边界，声压同位相，速度反相！
3、 2c2 1c1
rp 1; rv 1; t p 2; tv 0
——绝对硬边界，声压全反射！ tp 2 ——边界上压强的静态传递，而不是疏密交替
的声压！
声波从空气入射到空气—水的分界面上！
6
4、 2c2 1c1
p eik2 y sint t0
所有y恒成立条件
k1 y sini k1 y sinr k2 y sint
i r ;
sini k2 c1 ——Snell定律
sint k1 c2
14
折射和透射系数
pi0 pr0 pt0
cosi 1c1
pi0
cosr 1c1
pr 0
cost 2c2
pt 0
tp
pt 0 pi 0
22c2 ; 2c2 1c1
rv
vr 0 vi0
2c2 2c2
1c1 1c1
tv
vt 0 vi0
2 1c1 2c2 1c1
——与媒质的特性阻抗c有关！
5
讨论
1、 2c2 1c1
rp 0; rv 0; t p 1; tv 1 ——没有反射！
2、 2c2 1c1
21c1
2c2 2c2
1c1 1c1
2
tI
| pt0 |2
22c2
/ | pi0 |2
21c1
41c12c2 (2c2 1c1)2
1 rI
7
Reflection from a HARD boundary
8
Reflection from a SOFT boundary
9
Reflection from an impedance discontinuity From high acoustic impedance to low acoustic impedance
声学边界条件 质量元M的运动方程
[P(1) P(2)]S M dv dt
l 0, M 0
P(1) P(2)
2
静压强在分界面处连续
P0 (1) P0 (2)
P(1) P0 (1) p1; P(2) P0 (2) p2
1、分界面处声压连续
p1 p2
2、分界面处法向速度连续
v1n v2n
pi0 exp[i(t k1x cosi
k1y sini )]
cosr 1c1
pr
0
exp[i(t
k1x
cos r
k1y sinr )]
在媒质II中:只有透射波
pt pt0 exp[i(t k2x cost k2 y sint )]
vtx
cost 2c2
pt
13
边界条件
注意：法向 在x-方向
rp 0; rv 0; tp 0; tv 1
——软边界，声压反相，速度同相！
5、 2c2 1c1
rp 1; rv 1; t p 0; tv 2
——绝对软边界，声压全反射！ tv 2 ——边界上速度的波腹，声压的波节。
能量反射和透射系数
rI
| pr0 |2
21c1
/ | pi0 |2
( pi pr ) |x0 pt |x0 ; (vix vrx ) |x0 vtx |x0
p e p e p e ik1ysini i0
ik1y sinr r0
ik2 y sint t0
cosi 1c1
pi 0
eik1y sini
cosr 1c1
p eik1ysinr r0
cost 2c2
2Zs2 Zs2 Zs1
cost cosi
15
Notice that as the wavefronts cross the boundary the wavelength changes, but the frequency remains constant.
16
Z s1
1c1 cosi
pi vix
10
From low acoustic impedance to high acoustic impedance
11
4.2 声波斜入射到平面界面
x-y平面入射
pi pi0 exp[i(t k1x cosi k1y sini )]
vix
cosi 1c1
pi
ki / ci , (i 1, 2)
媒质I和II中的速度场
v1
pi 0
1c1
exp[i(t
k1x)]
pr 0
1c1
exp[i(t
k1x)]
v2
pt 0
2c2
exp[i(t
kx2 )]
4
利用边界条件
pi0 pr0 pt0 ;
pi0 pr0 pt0
1c1 1c1 2c2
反射和透射系数
rp
pr 0 pi 0
2c2 1c1 ; 2c2 1c1
2c2 1c1
rp
pr 0 pi 0
2c2 cosi 1c1 cost 2c2 cosi 1c1 cost
cost 2c2
cosi 1c1
Zs2 Zs1 Zs2 Zs1
cost cosi
2 2c2tpຫໍສະໝຸດ pt 0 pi 022c2 cosi 2c2 cosi 1c1 cost
cost 2c2 1c1
平面声波垂直入射时的反射和透射
pi pi0 exp[i(t k1x)]
3
媒质I中——入射波和反射波
ki / ci , (i 1, 2)
p1 pi pr
p1 pi0 exp[i(t k1x)] pr0 exp[i(t k1x)]
媒质II中——只有透射波
p2 pt0 exp[i(t k2x)]