1、2-4 惠惠更斯原理更斯原理波的反射與折射波的反射與折射選修3-4 第二章 機械波蝙蝠的蝙蝠的“眼睛眼睛”：18世紀，意大利教士兼生物學家斯帕蘭扎世紀，意大利教士兼生物學家斯帕蘭扎尼研究蝙蝠在夜間活動時，發現蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確尼研究蝙蝠在夜間活動時，發現蝙蝠是靠高頻率的尖叫來確定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒定障礙物的位置的。這種尖叫聲在每秒2萬到萬到10萬赫茲之間，萬赫茲之間，我們的耳朵對這樣頻率范圍內的聲波是聽不到的。這樣的聲我們的耳朵對這樣頻率范圍內的聲波是聽不到的。這樣的聲波稱為超聲波。波稱為超聲波。蝙蝠發出超聲波，然后借助物體反射回來的蝙蝠發出超聲波，然后借助物體反射回來的回

2、聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運動方式回聲，就能判斷出所接近的物體的大小、形狀和運動方式。 雷達和隱形飛機：雷達和隱形飛機：雷達是利用無線電波發現目標，并測定其位雷達是利用無線電波發現目標，并測定其位置的設備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規律，因此，置的設備。由于無線電波具有恒速、定向傳播的規律，因此，當雷達波碰到飛行目標當雷達波碰到飛行目標(飛機、導彈）等時，一部分雷達波便會飛機、導彈）等時，一部分雷達波便會反射反射回來，根據反射雷達波的時間和方位便可以計算出飛行目回來，根據反射雷達波的時間和方位便可以計算出飛行目標的位置。由于一般飛機的外形比較復雜，總有許多部分能夠標的位置。

3、由于一般飛機的外形比較復雜，總有許多部分能夠強烈反射雷達波，因此整個隱形飛機強烈反射雷達波，因此整個隱形飛機F117飛機表面涂以黑色飛機表面涂以黑色的吸收雷達波的涂料。的吸收雷達波的涂料。 光的反射定律：光的反射定律： 反射光線與入射光線、法線在同一平面反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角等于入射角側；反射角等于入射角 。一根金屬絲尖端在水面上振動一根金屬絲尖端在水面上振動水波是以金屬絲尖端為圓心的水波是以金屬絲尖端為圓心的同心圓，明亮的圓和黑暗的圓同心圓，明亮的圓和黑暗的圓表示水波的波峰和波谷。表示水波的波峰和波

4、谷。在同一時間到達的點構成的面在同一時間到達的點構成的面叫叫波面波面，這是一種，這是一種球形波。球形波。一根長方形直條在水面上振動一根長方形直條在水面上振動水波是以金屬條為平面的平行水波是以金屬條為平面的平行平面，明亮的面和黑暗的面表平面，明亮的面和黑暗的面表示水波的波峰和波谷。示水波的波峰和波谷。波面是平面的波叫波面是平面的波叫平面波。平面波。水波通過窄縫時的現象水波通過窄縫時的現象 當水波在傳播的過程中遇到障礙物時會出現怎當水波在傳播的過程中遇到障礙物時會出現怎樣的現象呢樣的現象呢？縫寬與水波波縫寬與水波波長相當或者比長相當或者比波長更小波長更小 從從實驗中可以看到：在直線波紋的水波實驗中

5、可以看到：在直線波紋的水波傳播過程中，到達一個寬度與波長差不多傳播過程中，到達一個寬度與波長差不多的狹縫時，水波穿過了狹縫，狹縫后面的的狹縫時，水波穿過了狹縫，狹縫后面的波紋呈圓形，以縫為圓心沿半徑方向向周波紋呈圓形，以縫為圓心沿半徑方向向周邊傳去，好像狹縫就是新的波源一樣。邊傳去，好像狹縫就是新的波源一樣。實驗現象總結：實驗現象總結：惠 更 斯C.Huygens荷蘭物理學家荷蘭物理學家(1629-1695)一一、惠更斯原理惠更斯原理 波波在傳播的過程中所在傳播的過程中所到達的每一點都可看著新到達的每一點都可看著新的波源，從這些點發出球的波源，從這些點發出球面形狀的子波，其后任意面形狀的子波，

6、其后任意時刻這些子波在波前的時刻這些子波在波前的包包絡面絡面就是就是新的波前新的波前。這就。這就是惠更斯原理。是惠更斯原理。波波動中的幾個概動中的幾個概念念：（1）波波面面：從波源發出的波經過同一傳播時間而到達的從波源發出的波經過同一傳播時間而到達的各點所組成的面，叫做波面。各點所組成的面，叫做波面。平平 面面 波波球球 面面 波波O（3）波波線線：從波源發出沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線稱從波源發出沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線稱為波線，它表示波動的傳播方向。為波線，它表示波動的傳播方向。波線與波前垂直波線與波前垂直t 時刻的波前時刻的波前t +t 時刻的波前時刻的波前最前面的波面叫做波

7、前。最前面的波面叫做波前。（2）波波前前：平面波的惠更斯原理解釋平面波的惠更斯原理解釋 1 1、波在傳播過程中，遇到兩種介質的、波在傳播過程中，遇到兩種介質的分界面時分界面時返回到原介質返回到原介質繼續傳播的現象繼續傳播的現象叫做叫做波的反射波的反射。 二二、波的反射波的反射 入射波的波前入射波的波前2、用用惠更斯原理解釋波的反射現象惠更斯原理解釋波的反射現象反射波的波前反射波的波前入射波的波線入射波的波線反射波的波線反射波的波線波的反射定律：波的反射定律： 當波傳到兩種介質交界面發生反射時當波傳到兩種介質交界面發生反射時（1）入射線、法線、反射線在同一平面內；）入射線、法線、反射線在同一平面

8、內；（2）入射線與反射線分局居法線兩側；）入射線與反射線分局居法線兩側；（3）反射角等于入射角；）反射角等于入射角；（4）反射波的波長、頻率、波速與入射波相同。）反射波的波長、頻率、波速與入射波相同。3 3反射規律反射規律 入射線、法線、反射線在同一平面內，入射線、法線、反射線在同一平面內，入射線與反射線分居法線兩側，反射角等入射線與反射線分居法線兩側，反射角等于入射角。于入射角。1.反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同2.波遇到兩種介質界面時，總存在反射波遇到兩種介質界面時，總存在反射注意：注意： 經經 t t后，后，B B點發射的子波到達界面點發射的

9、子波到達界面BB點，點，A A點發射的子波到達點發射的子波到達AA點。同種介質，波速點。同種介質，波速不變。不變。i ii iABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，ABAB為波的一個波面為波的一個波面AABBAABBABABBABAii tvAB反射波的波長、頻率、波速都跟入射反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同波相同波遇到兩種介質界面時，總存在反波遇到兩種介質界面時，總存在反射射 界面界面介質介質I I介質介質IIII四、波的折射四、波的折射 2 2、折射角（、折射角（r r）：）： 折射波的波線與兩介質界面法線的夾角折射波的波線與兩介質界面法線的夾角r r叫做叫做折射角折射角 1、

10、波從一種介質進入另一種介質時，波的傳、波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生了改變的現象叫做波的折射播方向發生了改變的現象叫做波的折射.ir法線法線四、波的折射四、波的折射1. 折射現象折射現象：波在傳播過程中，從一種介質進入另一種波在傳播過程中，從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生偏折的現象。介質時，波的傳播方向發生偏折的現象。2. 發生折射的原因發生折射的原因：不同介質中波的傳播速度不同。不同介質中波的傳播速度不同。CAiiBDrr入射波的波前入射波的波前折射波的波前折射波的波前由惠更斯原理，A、B為同一波面上的兩點irABCDirtv 1 經t后，B點發射的子波到達界面處

11、D點，A點的到達C點，ADBDi sinADtv 1ADACr sinADtv 221sinsinvvri證畢證畢tv 23 3、折射定律：入射線、法線、折射線在同一平折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內，入射線與折射線分居法線兩側入射角面內，入射線與折射線分居法線兩側入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質中的速度跟波在第二種介質中的速度之比：質中的速度跟波在第二種介質中的速度之比：21sinsinvvri折射率： 由于一定的介質中的波速是一定的，所以由于一定的介質中的波速是一定的，所以是一個只與兩種介質的性質有關而與是一個只與兩種介質的

12、性質有關而與入射角度無關的常數，叫做第二種介質對第一入射角度無關的常數，叫做第二種介質對第一種介質的折射率種介質的折射率11 22vnvn21 當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線. . 當入射速度小于折射速度時，折射角折離法線當入射速度小于折射速度時，折射角折離法線. . 當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例中的特例 在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發生改變都發生改變 波發生折射的原因：是波在不同介質中的速度波發生折射的原因：是波在不同介質中的速度不同不同 波波的的反反射射規律規律 ： 1入射波波線反射波波線和法線在入射波波線反射波波線和法線在 同一平面內同一平面內 反射角等于入射角