波的反射和折射

推导
a’
N b’ c’
∠AAB’=∠BB’A
a i
A’
利用几何余角关系可 得: i=i’
i’
A C’
i
i’
B’
i i
3. 反射定律
（1）反射线、入射线和界面的法线在 同一平面内；反射线和入射线分别位于法 线的两侧。 （2）反射角等于入射角，即 i ' i （3）反射波的波长、频率、波速都跟 入射波相同。
2. 反射定律的推导
一列平面波到达两种介质的界面，入射波的 传播方向与界面有一定夹角。
c
b N N
a’
b’ c’
a i
B
A’
i’
A C’
i
B’
i’
abc为入射波，AB为入射波的一个波面， A’B’为子波的包络面。
在同一种介质中同列波的波 速相等，所以AA’=BB。 △AA’B’≌△ABB’
c
b N B
1. 波面
任何振动状态相同的点组成了一个个圆， 这些圆叫一个个波阵面（波面）。
2. 波线
与各个波面垂直的线用来表示波的传 播方向，叫做波线。
波线 波线
波面
波面
几种常见的波
二.惠更斯原理
克里斯蒂安· 惠更斯 (ChristianHaygen， 1629—1695)荷兰物理学 家、数学家、天文学家。 1629年出生于海牙。 1655年获得法学博士学 位。 惠更斯是与牛顿同一时代的科学家，是 历史上最著名的物理学家之一，他对力学的 发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学 和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然 科学的一位重要开拓者。
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。
BD v1t sin i AD AD
v2 t AC sin r AD AD
i
A v2 t
Hale Waihona Puke Baidu
B
i
v1t
r
sin i v1 sin r v2
r
C
D
4. 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。
1. 惠更斯原理内容
介质中任一波面上的各点，都可以看做 发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波 在波前进方向的包络面就是新的波面。
2．应用
如果知道某时刻一列波的某一波面位置， 还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一 时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方 向。
三. 波的反射
想一想
思考：我们知道光有反射现象。 机械波是否也具有反射现象呢？
情感、态度与价值观：
经过运用惠更斯原理解释波的反射和折 射现象，体验从理论上研究物理问题的严谨 性。
教学重难点
★ 教学重点
惠更斯原理
★ 教学难点
波面、波线的概念和用惠更斯原理对 波的反射定律和折射定律进行解释。
本节导航
一. 波面和波线 二. 惠更斯原理 三. 波的反射 四. 波的折射
一.波面和波线
动画：水波的折射
课堂小结
波面和波线：
1 . 波面
任何振动状态相同的点组成了一个个圆， 这些圆叫一个个波阵面（波面）。
2 . 波线 与各个波面垂直的线用来表示波的传播 方向，叫做波线。
波的反射和折射
导入新课
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。
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。
隐形飞机F—117
小资料
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。
波的反射虽然是由机械波推导出来 的 ，但可以适用于一切波，包括电磁波， 所以光的反射也遵循同一定律。
四.波的折射
1. 定义
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。
2. 折射角（r）
折射波的波线 与两介质界面法线 的夹角r叫做折射角。
i
介质I
介质II
法线
界面
r
3. 用惠更斯原理解释波的折射
（3）在空房间里讲话声音更响亮。
原因是：声波在普通房间里遇到墙壁，地面， 天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几 乎同时到达人耳。人耳只能分开相差0.1s以上的 声音。所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外 大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收 声波，会影响室内的声响效果。
（4）水波传到岸边也会发生反射现象。
雷达确定目标 示意图
教学目标
知识与能力:
1.知道什么是波面和波线，了解惠更斯 原理。 2.通过实验认识波的反射现象，并能用 惠更斯原理进行解释。
3.通过实验认识波的折射现象，并能用 惠更斯原理进行解释。
4.了解折射率的概念。
过程与方法:
1.通过画波面图，理解惠更斯原理，培 养分析问题的能力。 2.通过作图，尝试运用惠更斯原理解释 波的折射现象，推导折射定律。
sin i v1 sin r v2
波的折射定律虽然是由机械波推导 出来的 ，但可以适用于一切波，包括电 磁波，所以光的折射也遵循同一定律。
5. 折射率
介质2相对介质1的折射率：
v1 n12 v2
6.波发生折射的原因
波在不同介质中的速度不同。
7. 注意
（1）当入射速度大于折射速度时，折射角折向 法线。 （2）当入射速度小于折射速度时，折射角折 离法线。 （3）当垂直界面入射时，传播方向不改变， 属折射中的特例。 （4）在波的折射中，波的频率不改变，波 速和波长都发生改变。
由惠更斯原理可以知道：当机械波到达 两种介质的界面时，在界面上会产生子波。 子波会向各个方向继续传播，由部分机械波 会返回原来的介质继续传播。从而出现机械 波的反射现象。
1． 生活中的反射现象
（1）回声是声波的反射现象。 原因是对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或 高墙时，会被反射回来继续传播。 （2）夏日的雷声轰鸣不绝。 原因是声波在云层界面多次反射。