惠更斯原理与波反射和折射
惠更斯原理-波的反射及折射
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.
24惠更斯原理波的反射与折射解析
【例4】如图12－6－6所示是一列机械波从一种介质进入另
一种介质中发生的现象，已知波在介质Ⅰ中的波速为v1，波在介质 Ⅱ中的波速为v2，则v1：v2为
பைடு நூலகம்
(
)
C
A．1: 2
B. 2 :1
C. 3 : 2
【解析】由折射定律ssiinnθθ12＝vv12可得vv12＝ssiinn6405°°＝
3， 2
D. 2 : 3 故 C 正确。
知识点3 波的反射 (1)定义：当波遇到障碍物时，会返回到原来的介质中继续传播，这种现象叫波的反射。 入射角：入射波线与法线的夹角，如图12－6－1中所示的α。 反射角：反射波线与法线的夹角，如图12－6－1中所示的β。
(2)反射定律 ①反射波线，入射波线和法线在同一平面内； ②反射波线与入射波线分居法线两侧； ③反射角等于入射角，即α＝β。 注意：在反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的完全相同。
(2)波线 用来表示波的传播方向，在各向同性介质中波线与波面垂直。 (3)波面与波线的关系
注意：无论是球面波，还是平面波，同一波面上的各质点振动情况完全相同。
知识点2 惠更斯原理 介质中任一波面上的各点，都可以看做 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。例如：
【例3】某列波以60°的入射角从甲介质射到 乙介质的界面上同时发生反射和折射，若反射线与折 射线成90°角，波在乙介质中的波速为1.2×105 km/s ，求波在甲介质中的速度是多少？
【答案】65 3×105 km/s
【解析】根据题意波的反射与折射如图 12－6－4 所示
由折射定律得：sin60°＝v甲 sin30° v乙
知识点4 波的折射 (1)定义：波传播到两种不同的可传播波的介质界面时，会有一部分进入第二介质中，但波 线会发生变化，这种现象叫波的折射。
第2章 惠更斯原理 波的反射与折射
2、４惠更斯原理波的反射与折射学习目标知识脉络１、明白什么是波面、波线,明白它们之间的关系。
2、了解惠更斯原理,明白用惠更斯原理描述波的方法、3、明白什么是波的反射,理解波的反射定律、(重点)4。
明白什么是波的折射,理解波的折射定律、(重点)5、应用波的反射定律和折射定律解决有关问题。
(难点)惠更斯原理1、在均匀介质中,质点的振动会向各个方向匀速传播,形成球面波。
2、波在介质中传播时,任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面;最前面的波面又叫波前,垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线、如图２-4-1所示、图2。
4-1３、波面是平面的波叫做平面波。
４。
惠更斯原理的内容是:介质中波前上的各点,都能够看成是一个新的波源(子波源),并发出子波;其后,这些子波的包络面就是新的波面、［再判断]１。
只有平面波的波面才与波线垂直。
(×)2。
任何波的波线与波面都相互垂直、(√)３、任何波的波线都表示波的传播方向、(√)＼o(［后考虑])波面一定是平面不？依照下图考虑波线与波面的关系是如何的。
图2、4。
2【提示】波面不一定是平面。
波线与波面互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面、错误!1、惠更斯原理的实质:波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面、其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的。
２、惠更斯原理的局限性:光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释、然而,惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波显然是不存在的。
１。
关于对惠更斯原理的理解,下列说法正确的是( )A、同一波面上的各质点振动情况完全相同B。
同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同C。
球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D。
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。
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。
4.惠更斯原理波的反射与折射
光的反射
光的折射
光的双折射
本章最后三节讲述的_惠__更__斯__原__理__，波的__反__射__、__折__射__、 __干__涉____、__衍__射____以及_多__普__勒__效__应___是波动学说的基 础理论，需要同学们记住其内容。
图示为水波波纹， 其中的明暗条纹分别代表着__波__峰____和__波__谷_____。
水波穿过狭缝时的现象
惠更斯原理 波在传播过程中所达到的每一个点都可以看成
_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。
惠更斯原理实际上给出了作图方法解释波的传播现 象，故而又叫做___惠__更__斯__作__图__法_____。
波的反射：在波的传播过程中，遇到_两__种__介__质__交__界__面___时，
_返__回__原__介__质__中__传__播___的现象叫做波的反射。
惠更斯作图法解释波的反射
波的反射定律：当波传播到两种交界面并发生反射时，
入射线、反射线、法线在_同__一__平__面__内____。 入射线、反射线__分__居__法__线__两__侧_________； 反射角__等__于_____入射角； 反射波__波__长___、_频__率_____、__波__速_____都与入射波相同。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设经过相等的时间此波阵
面与图面的交线依次与分
界面在B1、B2、B3相遇，
而在 t t，A3点到达B3
点。
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
A B1 B2 B3
时刻 t
做出此时刻界面 上各点发出的子 波的包迹。因为 波在同一介质中 传播，速度不变，
所以在 t 时t
刻，从A、B1、B2、 发出子波的半径 分别表示为
一、波动中的几个概念
波面
1.波线
波的传播方向为波线。
波线
波 前
2.波面
平面波
振动相位相同的各点组成的曲面。 波面
3.波前
波线
波
前
惠更斯原理 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波
的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是 新的波前.
根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面就可以用 几何做图法确定下一时刻的波阵面。因此这一原理又就 惠更斯作图法，它在很大程度上解决了波的传播方向问 题。
2）由于三角形AA3B3 与ADB3相等，所以， i i'即：
反射角等于入射角。
❖折射定律
N
I i i' L
界面
rR
1）折射线、入射线和界 面的法线在同一平面内；
2） sin i v1 sin r v2
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
Ⅰ
A B1 B2 B3 Ⅱ
时刻 t
用惠更斯原理解释波的折射
由惠更斯原理，A、A3为 同一波面上的两点， A、
A3点达到界面发射子波， 经t后， A3点发射的子 波到达界面处B3点，A点 的到达B点。
N
N
A3
I
A
B1 B2
rB r
B3 Ⅰ Ⅱ
r
R
时刻 t+△t
N
N
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
Ⅰ
A B1 B2 B3 Ⅱ
时刻 t
I A B1 B2
rB r
d vt
N
N
L
I
i d
i i
A
B1 B2 B3
时刻 t+△t
这些子波的包迹面 也是与图面垂直的 平面。它与图面的 交线为B3D，而且， DB3=AA3。做垂直于 此波阵面的直线， 即得反射线。与入 射波阵面AA3垂直的 线称为入射线。
N
N
L
D
I
i
A3
i
i
A
B1 B2 B3
时刻 t+△t
结论 1）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；
vt
平 面 波
球 面 波
R1
O
R2
克里斯蒂安·惠更斯 惠更斯： (ChristianHaygen，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（Christian Huygens 1629-1695）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。
B3 Ⅰ Ⅱ
r
R
时刻 t+△t
A3B3 v1t AB3 sin i AB v2t AB3 sin r
所以
sin i A3B3 v1 sin r AB v2
由于 sin i A3B3 v1 sin r AB v2
n sin i v1 1
sin r v2 2
21
v1/v2为第二种介质相对第一种介质的折射率。
四、波的反射与折射
N
I i i' L
界面
rR
❖反射定律
当波传播到两种介质的分界 面时，一部分反射形成反射 波，另一部分进入介质形成 折射波。
1）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；
2） 反射角等于入射角 i i'
用惠更斯原理解释波的反射
在时刻t，波阵面与图面的交线AA3到达图示的位置，A 点和界面相遇。此后AA3上个点将依次到达界面。
六盘山 高级中学