惠更斯原理-波的反射及折射

解析：本题是波的反射现象与 v＝λf 的综合应用，知 道不同介质中同一列波的频率是定值为解决本题的关键，
则波的频率 f＝v气. λ气
在海水中：v 水＝λλ水 气v 气
海水的深度 h＝v 水·2t ＝1 530×12×0.5 m＝382.5 m.
为什么在空房间里讲话感觉到声音特别响？
解析：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，人在空房间里讲话感觉声音特别响， 而普通房间里的幔帐、沙发、衣物等会吸收声波， 使反射不够强，所以人在普通房间里讲话不如在 空房间里讲话响．
种介质中的速度跟波在第二种 V2
介质中的速度之比：
sin i v1 sin r v2
法线
i
n1
n2 r
4.用惠更斯原理解释波的反射
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C点，A 点的到达E点，
sin i BC v1t AC AC
sin r AE v2t AC AC
（1）水面上形成一列圆形波 （2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷
动画模拟1
【观察思考】再用长方形直条作为波源拍击水面，产生 直线波纹的水波。
（1）水面上形成一列直线波纹（形状）的水波 （2）画面上的直线是传播的波峰和波谷
【观察思考】在水波前进的方向放上两块挡板，使挡板 中间的缝宽与水波的波长相当。请他仔细观察，在挡板 的后面将会发生什么现象？怎样估算水波的波长？
圆形波的波线是沿着以波源为中心的半径方向向外 的射线。
(1)波线的指向表示波的传播方向． (2)在各向同性的均匀介质中,波线恒定与波面垂直. (3)球面波的波线是沿半径方向的直线,平面波的波线是垂直 于波面的平行直线.
包络面：一些几何图形的公切面，被称为这些图形 的包络面。
2.平面波的惠更斯原理解释
从实验中可以看 到：在直线波纹 的水波传播过程 中，到达一个宽 度与波长相差不 多的狭缝时，水 波穿过了狭缝， 狭缝后面的波纹 呈圆形，以缝为 圆心沿半径方向 向四边传去，好 像狭缝就是波源 一样。
一、惠更斯原理
波在传播过程中所到 达的每一点都可以看 做新的波源，从这些 点发出球面波的子波 ，其后任一时刻这些 子波波前的包络面就 是新的波前。这就是 惠更斯原理。
当入射速度大于折射速度(n21>1)时,折射角折向法线. 当入射速度小于折射速度(n21<1)时,折射角折离法线. 当垂直界面入射时,传播方向不改变,属折射中的特例.
在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变.
波发生折射的原因:是波在不同介质中的速度不同.
特别提醒：
(1)波在发生反射或折射后，其频率不变，故我们听 到的回声与原声相同，花样游泳运动员在水下与水 上听到的音乐相同.
何关系可得折射角为 r＝30°
3
(2)由波的折射定律得
v
甲＝ssiinnri·v
乙＝ssiinn3600°°·v
乙＝
2 1
2
×1.2×105km/s＝2.08×105km/s
(3)因波长 λ＝vf ，又因为波在两种介质中的频率相同，
则λλ甲 乙＝vv甲 乙＝ssiinnri＝
3 1
某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m,此 物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则 海水深为多少米？
(2)由于折射率 n21
故一列波由波速快
的介质Ⅰ进入波速慢的介质Ⅱ，波的传播方向会
向界面的法线靠近．
一列波从空气传入水中,保持不变的物理量是( C )
A．波速
B．波长
C．频率
D．振幅
如图所示，是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况， 由图判断下面说法中正确的是:( ) A.入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它 在介质Ⅱ中的波速
sin i v1 sin r v2
证毕
i
Bv1 t
Ai
v2t r
C
rE
5.折射率：
由于一定的介质中的波速是一定的，所以Ｖ１／ Ｖ２是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无 关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率．
sini V1 λ1f sinr V2 λ2f
n2 n1
n 21
小结
波
定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。
｛的
｛ 反
规律 ：
1．入射波波线反射波波线和法线在 同一平面内．
射
２．反射角等于入射角．
定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向
波 会发生改变，这种现象叫波的折射。
的
１．入射波波线折射波波线和法线在同
｛折
｛ 射 规律：
一平面内．
２．sin i v1 sin r v2
• 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＝vΔt′
其中 Δt′＝(3.5－03.5.5)－ －(04.5.4－1.7)s＝0.1s
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＝vΔ2t′＝340×2 0.1m＝17m
荷兰物理学家 惠更斯
C.Huygens (1629-1695)
1、波面和波线
波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所 构成的面叫做波面，最前面的波面叫做波前。波面 是平面的波称为平面波；波面是圆（球）形的波称 为圆（球）形波。
波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的 线叫做波线． 平面波的波线是垂直于波面的平行线；
B.入射角大于折射角,Ⅰ可能是空气,Ⅱ可能是水 C.入射角小于折射角,Ⅰ可能是钢铁,Ⅱ可能是空气 D．介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足：
解析：由图可得到的信息是：入射角 θ1 大于折射角 θ2. 根据折射定律ssiinnθθ12＝vv12，可比较出介质Ⅰ、Ⅱ中波速的大小．
本题以图的形式给出信息，对学生的观察和信息提取能 力要求较高．图 MN 为介质界面，虚线为法线，θ1 为入射角， θ2 为折射角，从图可直接看出入射角大于折射角(θ1>θ2)，则 选项 C 错误，根据折射规律有vv12＝ssiinnθθ12>1，所以 v1>v2，选 项 D 错误，选项 A 正确．声波在液体、固体中的速度大于 在气体中的速度，选项 B 错误．
1、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
法线
i
V1
n1
界面
n2
V2
r
3、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
V1
界面
射角的正弦之比等于波在第一
演 示 观察水波的反射
1、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做波的反射．
V1 i i' n1 n2
2、入射角（i）和反射角（i′）：入射波的波线 与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与 平面法线的夹角i′ 叫做反射角．
3．反射规律
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。
各种波在传播过程中，遇到较大的障碍物时，
都会发生反射现象．声波在遇到较大的障碍物后也 会反射回来．反射回来的声波传入人耳，听到的就 是回声，我们在山中、在大的空房间里大声说话时， 都会听到回声．
【观察思考】在水波槽实验中，把一根金属丝固定在振 动片上，当振动片振动时，金属丝周期性的触动水面， 可观察到水波形成圆形的波纹从波源向四周传播；
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明显地减弱，这是为什么？
答案：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，室内的声音就显著地减弱了．
如图所示，图a是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意 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＝1.0s，超 声波在空气中传播速度是v＝340m/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.
各子波的包络面,即反射波的波前.
(5)经过C点作反射波前的切面CD.CD就是子波的包
络面,即为反射波的波前
(6)连接AD两点,AD就是反射波线.
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`
Vt
子波源 子波
这些子波的包络面，即 为t+△t时刻的波前
波线 t+△t 时刻波前 平面波 t 时刻波前
波源
3.圆形波的惠更斯原理解释
t+ Vt t
子波源 子波
波线
圆形波
t+△t 时刻波前
这些子波的包络面， 即为t+△t时刻的波前
波源
t 时刻波前
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，用 上述作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。