波的反射和折射-惠更斯原理

B超工作原理
人耳的听觉范围有限度，只能 对20-20000赫兹的声音有感觉， 20000赫兹以上的声音就无法听 到，这种声音称为超声。和普 通的声音一样，超声能向一定 方向传播，而且可以穿透物体， 如果碰到障碍，就会产生回声， 不相同的障碍物就会产生不相 同的回声，人们通过仪器将这 种回声收集并显示在屏幕上， 可以用来了解物体的内部结构。 利用这种原理，人们将超声波 用于诊断和治疗人体疾病。
能力提升 6.声波1与声波2在同一均匀介质中传播,其波形如下
图所示,则( ) A.2的波速比1的波速小 B.2的波速比1的波速大 C.2的频率比1的频率高 D.2的频率比1的频率低
答案:C
7.一个观察者在高处用望远镜注视在地上木工以每 秒2次的频率击打钉子,他听到声音恰好看到击锤 动作,若观察者距木工680 m,当木工停止击锤后,他 还能听到几次击钉声?(声波在空气中的传播速度 340 m/s)
1．回声是声波的反射现象． 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．
声波在云层界面多次反射． 3．在空房间里讲话感觉声音响．
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，在房间 里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大， 而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会 影响室内的声响效果．
v2 sin
当v1＞v2时,i ＞γ即折射线偏向法线；
法线
界面
r
当v1＜v2时,i ＜γ即折射线偏离法线；
当垂直界面入射时， i =0，γ=0，传播方向不变，但仍发生了折
射现象
四、用惠更斯原理解释波的折射
波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同 注意： 1.当入射波速度大于折射波速度时，折射角折向法线。
反 射 角 （ i′ ） ： 反射波的波线与平面法线的夹角i ′叫做 反射角。
三、用惠更斯原理解释波的反射
由惠更斯原理，AB为波的一个波面
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。
B`B AA` AB`B B`AA` A`AB` BB`A
b c
ai
i'
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。
答案:CD
2.下列说法中正确的是( ) A.入射波的波长和反射波的波长相等 B.入射波的波长大于折射波的波长 C.入射波的波长小于折射波的波长 D.入射角与折射角的比等于两波速比 答案:A
3.一列声波从空气传入水中,已知水中声速较大( ) A.声波频率不变,波长变小 B.声波频率不变,波长变大 C.声波频率变小,波长变大 D.声波频率变大,波长不变 答案:B
B vt
A`
iLeabharlann Baidu
i'
a` c` b`
i` i
A
B`
三、用惠更斯原理解释波的反射
反射定律：
内容：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。
法线
i i'
平面
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。
生活中波的反射现象的思考
17m.已知测速仪匀速扫描,
由图b计录数据可求出汽车前进s1 s2 这段距离所用时间为
t t t＇ (1.0 0.1)s 0.95 s,
2
2
汽车运动的速度v
s1 s2 ＂t
17 m / s 0.95
17.9
m / s.
答案:17 17.9
雷达和隐形飞机：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，因此整个隐形飞机F—117飞机表面涂以黑色 的吸收雷达波的涂料。
二、惠更斯原理
用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面
t +Δ t 时刻
的波面
t 时刻 的波面
.
. .. ..
vΔ t .
.
.
.
.
.
.
.. .
子波波源
三、用惠更斯原理解释波的反射
1定义：波遇到障碍物会返回来继 续传播，这种现象叫做波的反射．
法线
i i'
入射角（i）：
平面
入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角。
二、惠更斯原理
惠更斯原理内容：介质中任意波面上的各点都可看 作发射子波的波源。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。 这就是惠更斯原理
子波
波源
t+△t时刻 波前
t时刻波前
平面波的波前
球面波的波前
二、惠更斯原理 球面波
平面波
vt
传 播 方
...
.
.
传
向
. . 波源
vt . . .
解析 : 设汽车在接收到P1､P2两个信号时
距测速仪的距离分别为s1、s2,则有 : 2s1 2s2 vt,
其中t (3.5 0.5) (4.4 1.7) s 0.1s, 3.5 0.5
汽车在接收到P1､P2两个信号的时间间隔内前进的距离为 :
s1
s2
vt' 2
340 0.1 m 2
四、用惠更斯原理解释波的折射
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
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。
拆射定律：
（法1线）、波折在射介线质在中同发一生平折面射内时，，入入射射线线、介质I
i
和折射线分别位于法线两侧
介质II
（2） v1 sin i
sin i BD v1t AD AD
sin r AC v2t AD AD
sin i v1 证毕 sin r v2
i
B
v1t
Ai
v2t r
D
C
r
基础强化
1.下列说法正确的是( ) A.入射波面与法线的夹角为入射角 B.入射波面与界面的夹角为入射角 C.入射波线与法线的夹角为入射角 D.反射角跟入射角相等
4.下列说法中正确的是( ) A.同一波面上各点振动情况一定相同 B.同一波面上各点振动情况可以不同 C.空间某一点发出的波面一定是以波源为球心的球面 D.只有横波才有波面 解析:某一时刻振动相同的点连接而成的面叫波面,故A
选项正确,B选项错误;波面是平面的叫平面波,纵波也 会形成波面,故CD选项错误. 答案:A
特点：波线与波面互相垂直
波面 波线
平面波的波线： 垂直于波面的平行线
球面波的波线： 沿着以波源为中心的
半径方向向外的射线
克里斯蒂安·惠更斯
(Christian Huygens 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。
1663年成为伦敦皇家学会的第一位外国会员。克 里斯蒂安·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。
§2.3 波的反射和折射
一、几个概念：波面和波线
1、波面：从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组 成的面叫做波面。
注意：同一波面上各质点振动状态相同的
波前：最前面的波面叫波前 平面波：波面是平面的波称为平面波 球面波：波面是球面的波称为球面波
2、波线：用来表示波的传播方向的线， 跟各个波面垂直的线叫做波线。
. .
播 方 向
.
t 时刻波前
t 时刻波前
t + t 时刻波前
t
t + t 时刻波前
二、惠更斯原理
球面波的波面和波线
平面波的波面和波线
二、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t + Δ t时刻的波面
vΔt
.........
子波波源
t 时刻的波面
利用惠更斯原理可以由已知的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。例如 当波在均匀的各向同性介质中传播时，波面的几何形状 总是保持不变的。
5.下列说法中正确的是( ) A.只有平面波的波面才与波线垂直 B.任何波的波线与波面都相互垂直 C.任何波的波线表示波的传播方向 D.有些波的波面表示波的传播方向 解析:波线的方向就是波的传播方向,某一时刻振动情况相同
的点连接成的面叫波面,波线与波面是相互垂直的,故B､C 选项正确. 答案:BC
2.当入射波速度小于折射波速度时，折射角折离法线。 3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，但波速改变。 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。
用惠更斯原理解释波的折射
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，
解析:题中木工击钉子产生的声波属于一种脉冲波.如下图示,
设脉冲的间距为d,由于声速是v=340 m/s,木工击钉频率为f=2
Hz,所以 d v .
f
因此在680 m的距离内有
n
680 170
4
个脉冲波
也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声.
答案:4次
8:(2001·上海)(波的反射测车速)如下图所示,图a是高速公路上用 超声波测速仪器量车速的示意图,测速仪发出并接收超声波脉 冲信号,根据发出和接收的信号间的时间差,测出被测物体的速 度.图b中P1､P2是测速仪发出的超声波信号,n1、n2分别是P1､P2由 汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描,P1､P2之间的时间间隔 Δt=1.0 s,超声波在空气中的传播速度是v=340 m/s,若汽车是匀 速行驶的,则根据图b可知,汽车在接收到P1､P2两个信号之间的 时间内前进的距离是______m,汽车的速度是______m/s.