由惠更斯原理可以解释反射定律和折射定律
4.惠更斯原理波的反射与折射
i
B
v1t
Ai
v2t r
D
C
r
知识小结
一、惠更斯原理： 1、介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源
（点波源）；
2、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。
二、用惠更斯原理解释球面波及平面波的传播
三、用惠更斯原理解释波的反射和波的折射
法线
法线
i i'
i
介质I
发生折射的原因： 不同介质中波的传播速度不同。
惠更斯原理对波的折射的解释
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。
sin i BD v1t AD AD
sin r AC v2t AD AD
所以 sin i v1
波的折射
1、波的折射：波从一种介质进入到 另一种介质，形成折射波的现象。
2、波的折射定律：
（1）折射线、入射线和界面的法线在同一平面内，入射 线与折射线分居法线两侧；
（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第 一种介质中的波速与波在第二种介质中的波速之比。
3、用惠更斯原理证明波的折射定律 sin i u1 sin r u 213
A
A′
i i'
B′
a′ b′
三、波的反射——4、应用介绍
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，因此我国新装备空军的歼 20飞机表面涂以特殊的吸收雷达波的涂料。
利用惠更斯原理推导光的反射定律和折射定律
利用惠更斯原理推导光的反射定律和折射定律我们说反射定律。
你站在湖边，看着阳光反射在水面上，这时候就会想起反射的事情了。
光线遇到一个平面，比如镜子或者水面，它会按照一定的角度反射回去。
这里面有个“入射角”和“反射角”，这俩小家伙可有趣了！入射角是光线射到镜子上的角度，而反射角则是光线反弹回来的角度。
根据惠更斯的原理，每个光波前的小点都在源源不断地向外传播。
当光线碰到镜子那一瞬间，这些小点就开始变身了，形成新的波前。
结果是，入射角和反射角相等，简简单单，真是“黑白分明”啊！接下来咱们说折射定律。
想象一下你在海边，阳光照在水面上，水里的小鱼们就像小明星一样在水里欢快地游动。
光线从空气进入水中，这时候就发生了折射。
你会发现小鱼看起来离你更近了，其实它们并没有移动。
这就是光在不同介质中传播的魔法！光在水中的传播速度比在空气中慢，于是光线进水的那一刹那就像一个冲锋陷阵的勇士，得调整自己的姿势。
根据惠更斯原理，光波在不同的介质中，每个小点的波前会根据传播速度的变化而调整。
这时候就产生了折射角，空气中的光线与水中光线之间的角度关系，就形成了著名的“斯涅尔定律”。
在这里，折射角和入射角的比值恰恰和两种介质的速度有关，真是“千变万化”！所以，反射和折射定律其实就是在讲光的“社交技巧”，它们总是按着规律来办事。
反射就像在舞池里旋转的舞者，优雅而自信，毫不犹豫。
而折射呢，就像是一个懂得变通的朋友，灵活应变，总能找到合适的姿势来适应环境。
惠更斯原理就像一个无形的规则，让光在空间中优雅地“舞动”。
通过这两种方式，光就能在我们的生活中自由自在地穿行，给我们带来光明和温暖。
回过头来，咱们再来总结一下。
光的反射和折射是自然界中常见的现象，惠更斯原理给了我们一个很好的解释。
想象一下，光在空气和水之间穿梭，犹如一位光彩照人的旅行者，随时准备迎接新挑战。
入射角、反射角和折射角之间的关系，就像一场精彩的比赛，谁都想赢，但规则简单明了，谁都能参与。
惠更斯原理的名词解释
惠更斯原理的名词解释惠更斯原理，是指法国科学家惠更斯在17世纪末提出的一种光学原理。
该原理阐述了光的传播以及光的反射和折射规律，对光学研究产生了重要的影响。
本文将对惠更斯原理进行详细的解释。
一、光的传播惠更斯原理首先讨论了光的传播方式。
根据该原理，光波在介质中传播时沿直线传播，并且沿着传播路径传播的每一点都可以看作是一个次波源。
这意味着光在传播时可以被视为一系列波前面，每个波前面上的每一点都是光波的起始点。
这种解释使得我们能够更好地理解光的传播特性以及衍射和干涉等现象。
二、光的反射惠更斯原理还涉及了光的反射规律。
根据原理，当光波射到一个光滑的界面上时，光波会沿着射线方向经过反射。
更具体地说，光线沿着入射角和反射角相等的路径反射。
这种规律在镜面反射中得到了充分的应用。
例如，当我们站在镜子前面时，我们能够看到自己的倒影，这是因为光线从我们的身体反射回到我们的眼睛，让我们感知到镜中的图像。
三、光的折射此外，惠更斯原理还包括了光的折射规律。
当光波由一种介质传播到另一种介质时，光波在通过界面时会发生折射。
根据原理，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足较为简洁的关系——即著名的斯涅尔定律。
这个定律表明，入射角与反射角的正弦比等于两种介质折射率的比值。
斯涅尔定律对于解释光在透明介质中传播的方向和特性非常有帮助。
根据斯涅尔定律，我们可以理解为什么在观看鱼在水中时，它们的位置似乎更高。
这是因为光从水中传播到空气中时会发生折射，导致我们看到的图像位置发生偏移。
四、应用领域除了以上介绍的基本规律，惠更斯原理也在很多应用领域产生了重要的影响。
其中一个典型的应用是光的干涉现象。
当两束光波相交时，它们会发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这一现象在光学测量和实验中常常被应用。
另一个典型的应用是光的衍射现象。
当光通过狭缝或物体边缘时，它们会发生衍射，形成类似波纹的干涉图案。
衍射也是现代光学中的一个重要方面，对于解释光的传播和波动性质非常重要。
7.6惠更斯原理与波的反射和折射
前面讨论了波动的基本概念，现在讨论与波 的传播特性有关的现象、原理和规律。
由于某些原因，波在传播过程中其传播方向、 频率和振幅都有可能改变。
惠更斯原理给出的方法（惠更斯作图法） 是一种处理波传播方向的普遍方法。
一. 惠更斯原理（1690） 1. 原理的叙述 介质中任意波面上的各点， 都可看作是 发射子波（次级波）的波源（点源），其后
r
u1x u2x 牛顿
1
（I. Newton, 1643-1727)
u2x 2 sini u1x / u1 u2 u 2 sinr u2x / u2 u1
பைடு நூலகம்
1850年，法国物理学家傅科实 验测得光在水中的传播速度为光在 空气中速度的3/4，无可怀疑地支持 了光的波动说。
Jean Bernard Léon Foucault 1819 - 1868
胡克 Robert Hooke
(1635－1703)
惠更斯 Christiaan Huygens
(1629-1695)
雨点与阳光
光密媒质光疏媒质时，折射角r >入射角 i 。
i n1(大) n2(小) r
i = ic n1(大) n2(小) r = 90
s in ic
n2 n1
ic — 临界角
当入射i >临界角 ic 时，将无折射光 — 全反射。
入射的波线是在界面的另一处返回，成为反射波的波线。 1947年观察到在玻璃—空气界面上全反射时的移位现象。
全反射
实验证明在全反射时界面附近是有透射波的。
光导纤维
光导纤维:中央折射率 大,表层折射率小的透 明细玻璃丝.
2-4惠更斯原理 波的反射与折射解析
1．在已学过的回声和声音反射与折射的基础上，进一步加深对波的特性的理 解。 2．通过实验演示和日常生活经验辅助教学，激发学生感受知识的兴趣。
情感、态度与价值观 1．培养学生怎样理解和学习抽象概念。 2．培养学生由现象结论现象的思维模式。
1.假设水面有一个波源，水波向四周传开。任何振动 状态相同的点都组成了一个个圆。我们把这些圆叫做一个 个__波__面____，而与波面垂直的那些线代表了波的_传__播__方__向_， 叫做__波__线____。
2-4 惠更斯原理 波的反射与折射
知识与技能
1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射。
2．知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长
都与入射波相同。
3．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同和折射角与入射角
的关系。 4．掌握惠更斯原理，理解用惠更斯原理解释波的反射和折射现象 5．了解波面和波线的概念。
【思维点悟】本题考查了波面、波线的定义及两者之 间的关系和惠更斯原理，关键是能够结合图示理解和掌握 这些比较抽象的概念。
对应练习 1．对于平面波，波面与波线________；对于球面波， 波面是以________为球心的球面，波线沿球面的________ 方向。介质中任一波面上的各点，都可以看做________。 答案：垂直 波源 半径 发射子波的波源
B．波线是用来表示波的传播方向的，波线与波面总
是垂直的
C．无论是球面波，还是平面波，同一波面上各质点
的振动情况完全一样
D．波面上的各点都可以看作一个个新的小波源，称
为子波，子波在前进方向上任意时刻形成的包络面，就是
新的波面
【解析】振动相同的质点在同一时刻组成的面，叫做 波面，故A错；波线表示波的传播方向，在同一种介质中 传播时，波线与波面总是垂直，表示为一条直线，在不同 介质中传播时，表示为折线或曲线，但总跟在对应介质中 的波面垂直，故B对；波面是同一时刻各质点连线组成的， 其上各质点振动情况一样，可以看作相同的一个个新的小 波源，这些波往前传播情况一样，经过相同时刻到达的位 置的连线又可以连接成一个面，就形成新的波面，故C、 D均正确。
惠更斯原理 波的反射与折射
3.下列现象哪些是利用波的反射的( ) A.手扶耳旁听远处的人说话 B.医生给病人做超声波检查 C.雷达的工作原理 D.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况 答案:ABCD 解析:手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射;超声波检查身体、 潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射;雷达则是利用了电磁波的反 射。
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。
根据这一原理，我们可以用几何 作图的方法，由已知的某一时刻波前 确定下一时刻波前，从而确定波的传 播方向，所以惠更斯原理又叫做惠更 斯作图法.
在图2-4-3中，应用惠更斯原理， 用作图法描绘了平面波、球形波的传 播情况.在图中波的传播速度为v，t时 刻的波前用紫线表示，以波前上的每 一点为球心，以vΔt为半径，作出的 小球面表示子波，这些子波的包络面， 即为t+Δt时刻的波前，图中用蓝线表 示.
射（i=0）时，r=0，波的传播方向不变，是折射中的特殊
情况. 在折射中，波的频率保持不变，波速和波长都会发生 变化，根据 v ，当波进入新的介质后，若波速增大，
f
则波长变大；若波速减小，则波长减小.
波面和波线
惠更斯原理
波的反射
波的折射
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 波线：表示波的传播方向的，跟各个波面垂直的线 特点：波线与波面互相垂直 波在传播过程中所到达的每一点都可以看作是新的 波源，从这些点发出球面形状的子波，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 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。 注意：反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同 拆射定律：（ 1 ）波在介质中发生折射时，入射线、 法线、折射线在同一平面内，入射线和折射线分别 位于法线两侧（2） v1 sin i v2 sin 在波的折射中，频率不变，波速和波长都发生改变。
惠更斯原理(波的反射和折射)
一.惠更斯原理
引言：
波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波 振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，如 果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、波振面形状、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。在这种情况下，要通过求解波动方程来预言波 的行为就比较复杂了。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。
2015-6-19
三、用惠更斯原理解释波的反射现象
入射波的波面
入射波的波线
反射波的波线
反射波的波面
波的反射定律： 当波传到两种介质交界面发生反射时
（1）入射线、法线、反射线在同一平面内；
（2）入射线与反射线分居法线两侧； （3）反射角等于入射角； （4）反射波的波长、频率、波速与入射波相同。
即时应用
甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2a， 距离墙均为 3a，当甲开了一枪后，乙在时间 t 后 听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为 ( C ) A．听不到 B．甲开枪 3t 后 3＋ 7 C．甲开枪 2t 后 D．甲开枪 t后 2
2015-6-19
三、用惠更斯原理解释波的折射现象
1. 折射现象
：
波在传播过程中，从一种介质进入另一种 介质时，波的传播方向发生偏折的现象。
2. 发生折射的原因： 不同介质中波的传播速度不同。
i A i
C
入射波的波面
r
折射波的波面
B
r
D
3. 折射定律：
（1）入射线、法线、折射线在同 一平面内； （2）入射线与折射线分居法线两 侧； （3）入射角正弦与折射角正弦之比等于波在第一种介质中传
利用惠更斯原理证明光的折射定律
利用惠更斯原理证明光的折射定律惠更斯原理是光学中的重要原理之一，它可以用来证明光的折射定律。
惠更斯原理是法国物理学家惠更斯在17世纪提出的，它的基本思想是：每个波前上的每个点都可以看作是一个次波源，它们发出的新的波前是原来波前的衍射。
这个原理可以用来解释光的传播，以及光的折射和反射等现象。
光的折射定律是指：光线从一种介质进入另一种介质时，入射角和折射角的正弦之比是一个常数，这个常数叫做这两种介质的折射率之比。
这个定律可以用惠更斯原理来证明。
在证明过程中，我们首先需要了解光的波动模型。
根据这个模型，光可以看作是由很多个波峰和波谷组成的波浪形式的电磁波。
这些波峰和波谷在传播过程中会遇到各种不同介质的边界，这时就会出现反射和折射等现象。
当光线从一个介质进入另一个介质时，它的速度会发生改变，这时就会发生折射现象。
根据惠更斯原理，我们可以将入射光线上的每个点都看作是一个次波源，它们发出的新的波前是原来波前的衍射。
这些次波源发出的新的波前将会与其他次波源发出的波前相遇，在相遇的地方就会出现增强或者减弱现象。
根据这个原理，我们可以推导出光的折射定律。
具体地说，当光线从一个介质进入另一个介质时，它会遇到一个分界面。
在这个分界面上，光线就会发生折射。
根据惠更斯原理，我们可以将入射光线上的每个点都看作是一个次波源，它们发出的新的波前是原来波前的衍射。
这些次波源发出的新的波前将会与其他次波源发出的波前相遇，在相遇的地方就会出现增强或者减弱现象。
如果我们将这些波前画出来，就可以看到一个新的光线从分界面上发出，这个光线的入射角和折射角之间满足光的折射定律。
根据惠更斯原理，我们还可以进一步推导出光的反射定律。
当光线从一个介质进入另一个介质时，如果它的入射角大于某个临界角，那么光线就不会折射，而是会被反射回来。
这时，我们可以将入射光线上的每个点都看作是一个次波源，它们发出的新的波前是原来波前的衍射。
这些次波源发出的新的波前将会与其他次波源发出的波前相遇，在相遇的地方就会出现增强或者减弱现象。
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由惠更斯原理可以解释反射定律和折射定律，并给出n 的物理意义
两种媒质 媒质1、媒质2，这是两种媒质的分界面
一束平行光（光线为1、2、3·n ）从媒质1射向媒质2，光线1、2、3·n 分别交界面于A 1B 2B 3···B n 过A 1作平行光的波面，交光线于A 2A 3···A n
当光线1→到达A 1同时
光线2→到达A 2
光线3→到达A 3
光线n →到达A n
而光线2还要经 12
22V B A t = 时间才能到达B 2
光线3还要经13
33V B A t =时间才能到达B 3
……………………………………………
光线n 还要经
V B A t n
n n =时间才能到达B n V 1为光波在媒质1中的波速，设在媒质2中波速为V 2
每条光线到达分界面上时，都同时发射两个次波。
反射次波和折射次波 反射次波——向媒质1内发射反射次波
当光线n 到达B n 点时，A 1点发出的反射次波波面和透射次波波面分别是以V 1t n V 2t n 半径的半球面。
B 2点发出的反射次波波面和透射次波波面分别是以V 1（t n -t 2），V 2（t n -t 2）为半径的半球面。
光线 所有时间 到达点 反射波波面半径 透射波波面半径 1→A １ 0 A 1 V 1t n V 2t n 2→A 2 1222V B A t = B 2 V 1(t n -t 2) V 2(t n -t 2)
3→A 3 13
33V B A t =
→ B 3 V 1(t n -t 3) V 2(t n -t 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
n →A n V B A t n
n n =
→ B n 0 0 这些次波面一个比一个小，直到B n 处缩成一个点。
按惠更斯原理：
这一时刻总扰动的波面是这些次波面的包络面
反射次波和透射次波总扰动的波面是这些次波的波面的包络面，且包络面是通过B n 点的平面。
设反射波总扰动的波面与各次波面相切于C 1C 2C 3···C n
透射波总扰动的波面与各次波面相切于D 1D 2D 3·D n 连接次波源与切点，即得总扰动的波线 即反射光线A 1C 1 B 2C 2·
透射光线A 1D 1 B 2D 2·
（折射光线）
下面证明∵A 1C 1=A n B n A 1B n 公共 ∴RT ΔA 1C 1B n ≌RT ΔA 1A n B n ∴∠A n A 1B n =∠A 1B n C 1
又 ∴∠A n A 1B n =i 1 ,∠A 1B n C 1=i 11 ∴i 1=i 11 反射定律
在,ΔA 1A n B n ,ΔA 1B n D 1中
n n n n n B A t V B A B A i 1111sin == n n n B A t V B A D A i 1211
12sin =
= 122121sin sin n V V i i ==(常数)（折射定律导出）
在折射定律中 12
12n n n =
∴ 2112v v n n =
由此可见，一种媒质的绝对折射率为v c n =
v 为该种媒质中的光速， n 的物理意义——光在两种媒质中传播速度之比。