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3.3波的反射和折射
背景资料：惠更斯原理
波在均匀介质中传播时，波速、波面形状、波的传播方向等均保持不变。
波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。
这些波的现象造成波的变化用波动方程定量描述非常困难，惠更斯原理提供了一种定性的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。
背景资料：克里斯蒂安·惠更斯
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
与牛顿同一时代，是历史上最著名的物理学家之一
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　
惠更斯1629～1695
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
例：平面波、圆形波、球面波
2、波线：从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线叫波线，可表示波的传播方向
一、几个概念
波线与波面垂直
3、波前：最前面的波面叫做波前
4、子波：波面上任一点都是新的振源发出的波叫子波
5、新波面（前）：某时刻各子波波面的公共切面（即包络面）就是该时刻的新波面（前）
一、几个概念
t+?t时刻波面
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v?t
波传播方向
t
时刻波面
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t
+
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v
t
?
图示：波在各向同性介质中传播
以平面波为例
以球面波为例
t+?t时刻波面
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波传播方向
t
时刻波面
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t
+
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v
t
?
二、惠更斯原理
⑴行进中波面上任意一点都可看作是新的子波源
t+?t时刻波面
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波传播方向
t
时刻波面
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t
+
?t
v
t
?
二、惠更斯原理
⑵所有子波源各自向外发出许多子波
t+?t时刻波面
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v?t
波传播方向
t
时刻波面
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t
+
?t
v
t
?
二、惠更斯原理
⑶各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波前
二、惠更斯原理
1、原理内容：
⑴行进中波面上任意一点都可看作是新的子波源
⑵所有子波源各自向外发出许多子波
⑶各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波前
2、原理依据：
波动在介质中是逐点传播的
各质点作与波源完全相同的振动
惠更斯作图法：
应用惠更斯原理知某一时刻波前
可用几何方法确定下一时刻波前
1、用惠更斯作图法导出了波的反射定律
2、用惠更斯作图法导出了波的折射定律
三、惠更斯原理的应用
A
B1
B2
B3
D
三、惠更斯原理的应用
1.波的反射
rA=vΔt
rB1=
vΔt
2
3
rB2=
vΔt
1
3
rB3=0
三、惠更斯原理的应用
1.波的反射
用惠更斯原理导出波的反射定律
A
B
a
c
b
a′
c′
b′
A′
B′
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。
由惠更斯原理，AB为波的一个波面
同种介质，波速不变
反射定律
根据实验，可得到反射定律：
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
反射角等于入射角，即
反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同
i
法线
i’
入射波
反射波
生活中反射现象的思考
波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象
1．回声是声波的反射现象
解释：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
解释：声波在云层界面多次反射
3．在空房间里讲话感觉声音响
解释：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，而普通房间里的幔帐、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
水波的折射水波的折射.mpeg
在水槽的一部分底面上放一块厚玻璃板，使槽分为深水区和浅水区两个区域
(水波在这两个区域中传播速度不同，因而可以把这两个区域看作是不同的介质)
让水波从深水区射到两个区域的分界面上，可以看到波由深水区进入浅水区继续传播，但是改变了传播方向
2.波的折射
n
1
n
2
i
B
r
r
C
●
A
●
i
●
D
E2
E1
三、惠更斯原理的应用
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D点，A点发射的子波到达C点。
三、惠更斯原理的应用
用惠更斯原理导出波的折射定律
2.波的折射
折射定律
根据实验，折射定律为：
折射线、入射线和界面法线在同一平面内,频率不变
折射线和入射线分别位于法线的两侧
入射角与折射角的正弦之比，等于波在介质1中的波速v1与介质2中的波速v2之比，即
入射角i
折射角r
介质1
介质2
波在反射折射时的频率波速和波长
取决于
反射时
折射时
频率
波速
波长
频率和波速
介质
振源
不变
不变
不变
不变
改变
改变
1.如图所示中分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)．
A．2与1的波长、频率相等，波速不等
B．2与1的波速、频率相等，波长不等
C．3与1的波速、频率、波长均相等
D．3与1的频率相等，波速、波长均不等
D
针对训练
2.一列水波由深水区进入浅水区?入射角600?折射角450?则下列说法正确的是（
）?
?
A?波在深水区与浅水区的波速相同?频率不同?波长不同
B?波在浅水区与深水区中传播时?波速、频率、波长都相同
C?深水区中的波速、波长比浅水区中大
D
深水区中的波速、波长比浅水区中小
C
针对训练
3.以下关于波的认识，正确的是(　　)
A．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的折射，从而达到隐形的目的
C．雷达的工作原理是利用波的反射
D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
ACD
针对训练

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