折射波

折射波
折射波

折射波

一、特殊情况下的时距曲线

(二)隐伏层

假定下层波速大于上层且有一定层厚度作为产生返回地表的折射波的条件.但实际情况并非都是如此.若地层中出现低速夹层,或速度递增,但其中某层的厚度很小时,折射波不能以初至波的形式出现在地震记录上,用折射法的勘测时不能记录到该层的存在.故称该层为”隐伏层”.有时当某层的速度大于其上下地层的速度时,将出现高速屏蔽。

1.水平层状介质中的低速层

然而 ,如果存在321V V V ??;(且13V V ?)的层状介质,则时距曲线将发生很大变化.由于在21/V V 的分界面上不能产生折射波,没有2V 低速度的初至波的地震记录.并从时距曲线上看只相当于两层介质,即存在低速度 层异常的情况.此时若无钻孔或波速测井等相应的资料来验核,就很容易把三层介质作为两层介质。从而把3V 当作2V ,把02t 当01t ,而造成深度计算上的较大误差。

因此,在有低速层存在的地区进行折射法工程勘测时,应该有钻孔资料,夺震波速测井或其他物探资料配合,才能进行解释,而得出正确的结果。

2.正常速度中的隐伏层

这种隐伏层,是在各层速度的分布满足了n V V V ???Λ21的关系,但基中某层的厚度较小,使得该层与下层介质的分界面产生的折射波不能以初至波的形式出现在记录上,导臻资料处理时地层缺失或深度上的较大误差。我们以三层模型讨论隐伏层的基本特性。如图1

图1 隐伏层地质模型图

所示:在a 图中,第二层足够厚,时距曲线中2V 层就有一定长度的一段初至区与该层相对应。当第二层厚度减小时,时距曲线上与第二层相应的初至区线段长度与变短,图b 所示。如果第二层的厚度进一步减少,如图c 所示,第一层和第三层所对应的时距曲线同时通过了一点,与第二层对应初至区的时距曲线消失了,时距曲线上不能反映第二层介质的存在,故将此厚度定义为盲带。从理论上讲,它是该层不能以初至形式探测到的最大厚度。如图d 所示,第二层的厚度进一步减小时,则定义这样鹌鹑2的地层为隐伏层。因此隐伏层的厚度可以从O 到盲带的最大厚度。

现给出一个三层理论模型的时距曲线,其中V1=500m/s,V2=2V1,V3=5V1,h1=5m,而对h2分别用0.5,1,2,3,4,5,7.5,10m 的不同厚度计算的理论时距曲线。如图2,尽管速度满足了n V V V ???Λ21的正常关系,但第二层的厚度h2不够大(12h h ≤)时,由V1/V2界面产生的折射 波仍然不能以初至波的形式出现在地震记录上,从时距曲线上来看,也只是假两层的情况这种影响和低速带一样,同样不能直接进行解释,对于这种情况除应充分利用钻井资料和汉卡速测井参数外,还必须识别和利用续至波的记录,在有较完整的续至波资料基础上,是有可能从中求了“薄层”的速度,并作进 一步解释。

图2正常速度下的薄层

3.秀镜体和尖灭层的折射波时距曲线

在层状介质上进行折射波法勘探时,如果发现时距曲线上有不正常的滞后段或突然的“脱节”现象,很可能就是存在局部性低速错开(或不连续的低速层)的一种标志。如图3为一个反映低速透镜体的折射波时距曲线图,根据其相遇时距曲线上的“滞后”时间的异常范围,可大臻确定此透镜体沿测线分布的长度。另外根据“滞后”时间t ?,可以近似估算出透镜体的中心厚度H ,公式为

212122232322V V V V V V V V t

H ---?=(1)

式中,t ?是“滞后”时间的最大异常值;V1和V2分别为第一层和 第二层的速度值,可直接从时距曲线上求得;V3是低速透镜体的速度值,在计算时往往可先假设一个速度值(13V V <)进行试算,然后逐次修改,以求出近似的H 值。

估计此透镜体埋深D 的公式为

1

2 1

2

2

2V V

V

x

D -

?

=

式中,x?可从相遇时距曲线图上量出。

在图4中表示了一个间断的低速层对时距曲线产生的影响。当折射波通过低速层时,在时距曲线上表现“脱节”现象,根据其“脱节”的时间“t?”的大小,可利用公式(1)和计算透镜体厚度同样的办法来估算该低速层的厚度。这种间断的低速层和尖灭层的情况非常相似,对时距曲线的影响也大致类同。

图3存在低速透镜体的时距曲线

图4 存在间断低速层的时距曲线

4.直立界面的折射波时距曲线

直立界面地质模型如图5所示。直立界面两侧的介质速度分别为V1和V2,覆盖层的

5 直立界面存在时折射波路径及时距曲线

水平层厚度为h ,波速为0v 。B 点为直立界面在地面的投影点,折射波的传播路径如图5所示,当B x <时,时距曲线与二层结构大致相同,当B x >时,在x 点 接收 ,折射波的传播路径如图5所示,沿

0v 与1v 界面的滑行波在直立界面端点产生绕射,绕射波中一定有沿0v 与2v 界面、以速度2v 传播的滑行波,这种滑行波导致上层介质中产生折射波,并返回地面。其时距方程为:

)tan )(cos (cos )11(02210212i h OB x i i v h v v B v x t +≥++-+=

(2)

式中,1i 和2i 分别为两种介质折射波的临界角;OB 为震源点至B 点的距离。

从式(418)中可以看出时距曲线的斜率为21v ,因此根据时距曲线仍可以计算2v 介质的速度;但不能根据截距时间法计算2v 介质上覆盖层的厚度。

从图5的时距曲线可以看到由于直立界面存在,在两种介质上的时距曲线斜率不同,斜

率的变化与直立界面两侧的速度有关;在斜率变化处右能出现折射波的空白带(21v v >)或交叉带如图5中的q 段(21v v <);有时可能出现绕射波。同时,可以看到二层结构、有直立界面存在时的时距曲线与三层结构大地上的时距曲线特征完全相同。如何根据时距曲线判断地质结构,是野外式作和资料解释中需要注意的问题。

5. 断层附近的折射波时距曲线

在断层附近折射波时距曲线较为复杂,在断层的上盘或下盘激发,折射 波的传播路径有很大差异。设有断层存在的地质模型如图6所示,在O 点激发,在Ox 段接收,在OF 段会接收到断层上盘的折射波,在Hx 段会接收到沿OA '

CH 路径,在断层下盘产生的折射波。在断层端点会产和绕射 ,在图6中的FH 段会接收到经OAB 路径在B 点产生的绕射波,设接收点为x ,绕射汉卡的时距方程为: 2

/122121])([1L x h v v AB v OA t R -+++= (3)

式中,L 为断层端点在地面的投影点。

根据式(3),绕射波的时距曲线为双曲线,项点在断层端点B 处,而且双曲线的左半支在断层上盘的折射波之后到达,不是初至波,因此,以初至波出现的绕射波存在于断层上、下盘无折射波的范围内。从图6上可以看出断层下下盘的时距曲线是平行的,它们在t 轴上截距时间差为t ?,t ?的大小与断距的大小有关。

如在断层下盘激发,在O '

N 段接收到断层下盘的折射波,当距离大于N 时,接收到B 点产生的绕射波。在Rx 段,接收到经O 'DC 路径传播在C 点产生的透过界面传播到地面的绕射波,如图7所示。

图6在断层上盘激发时的折射波路径及时距曲线

图7 在断层下盘激发时的折射波路径及时距曲线

6.覆盖层为速度连续变化介质层的折射波的时距曲线

在自然界中除均匀层状介质外,还有速度随尝试连续变化的介质。如风化程度或湿度随深度渐变的情况。最简单的情况是速度随深度的变化规律呈线性关系,如式(4)所示.

在速度连续变化层中,地震波的传播方式和特征与均匀介质不同,由于波速是空间的连续函数,可以把连续介质看成由无限多个薄层组成,每层波速递增的层状结构大地波在各层的信射角是递增的,地震波在速度连续介质中的传播如图8所示。当速度连续介擀的厚度很

大时,地震波入射角达到90度后,按弯曲路径返回地面。将这种波称之为潜射波,潜射波的射线路径和时距曲线如图9所示。

)

1()(0H V H v β+=(4)

式中;)(H v 为深度H 处的地震波速度;0v 为初始速度,是常数;β为速度随深度变化的系数,是常数或随深度变化的变量。

图8 地震波在速度连续介质中的传播路径示意图

图9 潜射波的传播方式及时距曲线

如果对地持情况和变速层不了解,则会将其作为二层大地时距曲线来解释。

如果潜射波能够穿透变速层,就会在下伏界面(均匀介质)上产生折射波,并以曲线路径返回地面。时

距曲线如图10所示,折射波的斜率仍然是21

v 。如果地震波不能穿透变开速层,即使下面有

高速的地层存在,在地面上也接收不到折射波,其地震波传播路径和时距曲线仍然如图9

所示。与速度均匀层的直达波相比,这时潜射波的时距曲线的斜率不再是11

v 。

图10 覆盖层为速度连续变化层时的折射波时距曲线

7.变曲界面的折射波的时距曲线

弯曲界面包括向上凸起和向下凹的弧形界面,在界面的倾角不大(界面起伏较小

)的情况下,入射波以临界角入射到界面上,滑行波沿弯曲界面传播,折射波在界面上出射的角度仍然是临界角,但由于界面是弯曲的,折射波到达地面的入射角发生变化,即时距曲线(视速度)发生变化,斜率的表达式为:

dx dt

p =(5)

根据视速度定理:

v a v dx dt sin 1*==(6)

由式(6)可知:折射波时距曲线 的斜率随折射波到达地面的入射角α增加面增大。利用这一规律,可以定性地绘制出各种形状折射界面的时距曲线。对于水平界面,到每个测

点的折射波入射角都相等,时距曲线为直线,对于弯曲折射界面,界面上升时,α随x 增大而减小,所以斜率随x 增大而减小;界面下降时,与此相反,斜率随x 增大而增大。因此,如图11所示,弯曲界面的折射波的时距曲线与界面呈镜像关系,曲线的斜率承界面的形态逐渐变化。两段不同斜率的时早期曲线分别代表不同倾斜方向的界面。

图11 变曲界面的折射波的时距曲线

二、测线的设计和道间距、激发点的选择

1.测线设计

折射波法一般用于解决基岩面深度、地层厚度等地质问题,测线的布置根据工作任务、探测对象、地质构造和地形等条件来确定的,一般可按下列原则布置测线:

测线力求为直线,尽量垂直岩层或构造的走向,便于最大限度地控制构造形态,以利于资料的整理与分析;(2)测线要尽可能与其他物探测线或钻探的勘探线一致,便于结合地质资料进行分析解释;(3)测线要均匀地分布在全测区,以利于资料的对比与综合分析。(4)当地层倾角较大时,应注意改变测线方向,避免盲区过大或接收不到折射波。

倾斜界面折射波的时距方程理论时距曲线

从现一接收范围的上倾方向和下倾方向的时距曲线图12可以看出:

(1)倾斜界面上的时距曲线仍然是直线,但直线斜率的倒数不等于2v ,斜率的倒数为t x v ??=/*,称之为视速度。在倾斜界面情况下,在上倾、下倾方向接收到的两支时距曲线斜率不等,下倾方向斜率为1/)sin(v i ?+,与上倾方向相比,斜率大视速度小;上倾方向斜率为1/)sin(v i ?-,与下倾方向相比,斜率小视速度大。

(2)倾斜界面上折射波的盲区和临界距离与界面的深度有关,因此在上倾方向和下倾方向接收时,初至折射波的接收范围也有差异。

图12二层倾斜界面折射波的传播路径和时距曲线

(3)倾斜界面倾角?较大时,可能出现0

90

/

?

+i的情况,若在下倾方向接收,折射

波将无法返回地面,因为盲区为无限大,如图13所示。如在上倾方向接收,入射角总是小于临界角,无法形成折射波。里外工作中应改变测线方向使界面视倾角与临界角之和小于900。

(4)鱼贯而入斜界面情况下,在上倾方向接收,当

?

>

i时,*v为正,当?

=

i时,*v

趋于无穷大,即时距曲线为水平状,其斜率为0,如图14a所示,这说明远路径的折射波和

近路径的折射波同时到达;当

?

<

i时,时距曲线斜率为负,*v为负,如图14b所示,这说

明较远路径的折射波先于近路径的折射波到达,这是因为界面速度高于覆盖层的速度,远接收点处的折射波的传播时间小于近接收点。

图13 当

90

i时折射波的传播路径

图14 在上倾方向接收时的折射波的传播路径和时距曲线

2.排列长度、道间距

进行地震勘探工作时,需要沿测线按次序在许多点进行激发,同时在相应的地段进行接收。通常称布置检小组器的接收段为接收排列。每次激发接收记录时,第一道(第一个检波器)到激发点的距离称为偏移距,第一道到最后一道(最后一个检波器)的距离称为排列长度。因此,若使用某种道数的地震仪确定之后,排列长度就决定于道间距大小。相邻两个

检波器间的距离称为道间距,也称道距,一般用x?表示,若设地震仪道数为N,排列长度为L,则排列长度和道间距有如下关系式:

=).1

(

-

N

x

L?

道间距越大,排列长度越长,工作效率也就越主,但如道间距太大,各相邻记录道之间同一个波的相位追踪和对比往往比较困难,不利于分辨有效波。由于折射波法主要以初至波为主,道间距x?的选择应根据试验工作确定,以能准确地追踪每一个折射层的初至折射波为标准。当测线很长,一个排列无法完成测量工作,需要移动排列时,要设计一个检波器的重复点,称为互换点。即排列的最后一个检波点是下一个新排列的第一个检波点,这样有得波的追踪和对比。

选择排列和道间距大小时,还必须考虑到地层的倾角大小和断层等复杂情况的存在,一般来说倾角大,构造复杂时,排列和道间距取小些。

在浅层工程地震中,一般采用2-5m的道间距,12-24道地震仪接收。

3.激发点位置及间距

折射波的接收地段必须在盲区范围之外,但盲区范围随折射界面的深度、倾猎装情况以及临界角的大小而变化。因此,要根据试验工作设计激发点位置及激发点距离。

二层构造时情况比较简单,偏移距小于盲区,设计的排列应能够接收到直达波和折射波。激发点的间距应能够连续探测目的折射界面。

三层构造时,除与二层构造情况相同,偏移距小于盲区外,还需同时考虑来自第二层和第三层的折射波出现的范围,来自某一层的折射波在时距曲线上应有3-4个点的线段,能够有效地决定这一层的折射波速度。因此,在要求同时获得二个界面深度的情况下,需要在工作中根据具体情况设计激发点间距。

三、折射波法的观测系统

激发点和接收点之间或测线与测线之间的相对位置关系称为观测系统。当激发点和接收点在一条直线上时,称为纵测线。当激发点接收点不在一条直线上时称之不非纵测线。用纵测线观测时,根据不同的情况可采用简单的或复杂的观测系统。

1.单对时距曲线观测系统

这种观测系统一般用于探测地质情况简单规则平缓的界面。其优点是效率高。这种观测系统只能获得激发点处界面的深度。观测系统如图15所示。其中n O O O ,,21等各点深度都可分别从两支时早期曲线上算得,从而可以互相校核。因此对于起伏较大的界面或情况较为复杂时,不宜使用单支时距曲线观测系统。

图15单支时距曲线观测系统

图16相遇时距曲线观测系统

2.相遇时距曲线观测系统

当地下界面起伏较大或不甚规则时,如果只在接收地段的某一端激发,仅获得激发点处界面的深度,无法反映界面的起伏情况,造成很大的误差。为了提高解释精度,需要在观测

剖面两端进行激发,从而可获得两支时距曲线。如图16所示。21,O O 分别为观测剖面两端的激发点,1S 和2S 为两支相应的时距曲线,反映的界面分别为BE 和AC 段,其中BC 是两支时距曲线相遇的公共段。1S 和2S 两支时距曲线从不同的方向反映了同一地段的界面状态,根据曲线斜率的变化可以判断界面的起伏情况;因此,利用相遇时距曲线观测系统可以了解界面倾斜及起伏情况并可以计算公共段的界面深度。

3.追逐时距曲线观测系统

追逐时距曲线观测系统一般用来了解折射界面是否有穿透现象、折射界面是否有横向速度变化或用来延长某些需要加长的时距曲线。如图17所示,当凸形界面曲率半径较小的情况下,地震波不是沿着折射界面传播,而是穿过2v 介质再折射回地面,使时距曲线发生畸变,这种现象称为地震波的“穿透现象”。

所谓追逐时距曲线是在剖面上测得一段时距曲线1S 之后,将激发点沿剖面移动一定的距离再进行激发观测得到别 一段时距曲线2S ,这种互相对应的时距曲线就称为“追逐”时距曲线。如图17所示,当没有穿透现象时,两条时距曲线是平行的。这时,折射波时距曲线的形态和界面的开关及速度值1v 和2v

有关,而与激发点的位置无关。对于沿界面滑行的折射波来说,不管激发点的远近,射线从折射界面射出的角度是不变的,好时距曲线在该点的斜率不变,因此1S 和2S 时距曲线是平行的。当有穿透现象时,来自不同激发点的波,穿过界面之后入射角和透射角都发生了变化,因而时距曲线的斜率也发生了变化,1S 和2S 时距曲线就不平行了。

图17 追逐时距曲线观测系统

追逐时距曲线观测系统还可以了解折射界面有无横向速度变化。如图18所示,水平三层大地(a)与有覆盖层的直立接触面(b)上的简单观测系统的时距曲线形态相似,无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。图19是两种地质条件下的追逐时距曲线

图18 在三层大地和在二层大地第二层有横向变化时的时距曲线

图19 两种地质条件下的追逐观测系统的时距曲线

无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。图19是两种地质条件下的追逐时距曲线,在只有垂向速度变化的时距曲线上,两条曲线的临界距离只有横向位置变化。而在有横向速度变化的时距曲线上,速度突变点上主的临界距离没有横向移动,只是随激发点的位置变化而出现时间上的变化,两个激发点产生的时差曲线拐点的左边和右边相等。

4.双重相遇时距曲线观测系统

在工程地震勘探中,在表层条件较复杂的情况下,有时可采用双重相遇的观测系统。实际上这是相遇观测系统和追逐观测系统的综合,如图20所示。即在观测剖面的两端分别进行激发,得到一组相遇时距曲线,然后将激发点对称地各移动一段距离。再分别进行激发,双可得出一组追逐的相遇时距曲线。另外为了解表层横向速度变化可以增加一个中间激发点。这种观测系统工作效率较低,但可以利用其平行性的特点将远激发点的时距曲线平移到近激发点曲线上来,以补偿近激发点时距曲线的不足。

图20 双重相遇观测系统

四、非纵测线观测系统

在非纵测线中,激发点不设置在剖面线上,而是设置在剖面一侧可追踪到所勘探折射界面上的初至波的一定距离上。例如激发点布置在测线的旁侧,称为横测线;激发点布置在某一点上,检波器布置在弧形线上称为弧形测线等。通常,非纵剖面法可以用来详细研究被确定的地质对象上地震记录的波形或动力学特征(波的振幅、周期等)。如在断裂被碎带、陡立地层的接触带、古河床等地质体上出现的地震波振幅的衰减;在低速局部砂岩透镜体上的时间异常等。

因此,在工程地震勘探中采用非纵剖面法的一般目的是:

(1)根据地震记录的动力学特征,划出和确定断层线或构造断裂带。此时,可采用剖面线的方向正交于预测的构造断裂走向。相邻剖面间距的选择,应能保证可靠地划分和追索这两个剖面间的断裂,归根结底,取决于具体的地震地质条件。

(2)在实际工作中,除横测线外,人们还采用环形测线或弧形测线来解决岩石、土壤的速度各向异性、确定异常体范围等特定地质问题。

采用非纵剖面法,原则上可以对所观测的时距曲线进行定量处理,画出折射因而的形态,以及确定界面速度。但其绘图的精度要比处理完整的纵剖面系统所达到的精度低。

五、激发方式和接收条件的选择

1.激发方式

激发方式主要有炸药爆炸、敲击、历锤以及空气枪、电火花等。这些震源各有不同的特点。在工程地震中,这几种震源均被采用。

(1)炸药震源。炸药震源一般采用井中爆炸,在井中注满水或泥浆,以促使能量向下传播并压制由于爆炸引起的各种干扰波(如面波、声波)。井中爆炸可用较少的药量得到时较好的记录,但钻井费用大。有条件的地方可采用水中爆炸,在1-3m深的天然水池(河、湖、水塘)中进行爆炸,可用较少的药量获得较好的记录,同时可以在一点进行多次爆炸,重复性好。

(2)敲击震源。敲击震源适用于高灵敏度仪器或信号增强型地震仪进行浅层探测时使用。这种震源由大锤、金属垫板、锤击开关和连接电缆组成,用来激发纵波。激发依赖由锤击开关经电缆输入记录系统,多次激发应注意金属垫板与地面的耦合状况。为了提高有效能量,应将激发点下的疏松土到掉并垫上金属板。垫板的作用是在冲击时,将冲击能分摊到一个较大的面积上,减小压强,减少塑性形变能损耗。地表疏松土壤会产生高频滤波作用所以要将垫板下的表层土除去。采用垫板后,大锤在冲击时很快止动,使冲击的突然性增大,与此相关有效信号初动的锋锐度和清晰度也得到提高。冲击应正对着垫板中心,否则,变换成弹性波的那部分能量就会降低。当对垫板边缘进行冲击时,相当于垫板的有效面积减小,土层的塑性应变就会增加,而当斜着冲击时,冲击强度就会降低。在坚硬岩石表面(如天然露头,露天采矿场的边坡,坑道壁等)上进行观测,大锤在冲击时将产生强烈的反弹,采用刚性较差的大锤会减小回跳能损耗。

当目的层深度较大,需要较大的能量,可采用标准贯入试验用的63.5kg的落锤自由下落激发弹性波,其勘探深度可达100m 以上。

(3)空气枹。空气枪是借助活塞放出被封闭在钢铁窗口内的压缩空气的一种震源装置。一般作为水上震源。在这些震源中,究竟采用哪一种,由测区环境及技术上的要求而定,这些震源的一般接收距离见表4-1

表4-1激妇方式与有效接收距离

使用炸药时,随着药量的增加,接收距离可以延长,而使用调敲击、夯锤、空气枪作为震源时,接收距离最多为100-200m左右,使用信号叠加方法(采用叠加装置或信号增强装置)接收距离可以延长。

炸药多采用普通炸药或爆炸索。爆炸可在土中、水中或井中进行,一次放炮所需药量因放炮方式,地形地质条件,干扰的大小而异。药量的大臻范围由离开炮点的最大接收距而定,一般与距离的平方成正比。根据大量实例,接收距离与药量的关系见表4-2

表4-2有效接收距离与炸药量的关系

2.接收条件

(1)有效波和干扰波。在一般情况下,折射波法利用的主要是初至折射波,在地震记录中有效波为直达波和初至折射波。干扰波一般有声波、工业电、微震以及一些无规则的随机干扰等,在地震记录上形成干扰带,严重地影响了初至波的记时质量。

(2)检波器的频率和方向特性的选择。一般根据试验确定检波器的频率,使其适应工作区内折射波主频,也可以根据探测深度来选择检波器。

检波器的方向特性珂以从两个方面讨论。第一,每种检波器都在响应最灵敏方向而波在传播过程中也有一定的振动方向,当检波器的最灵敏方向和波的振动方向一致时,所接收到的信号最强。例如,在接收纵波和横波时,由于纵波的振动方向和传播方向是一致的,因此,接收纵波的检波器其最灵敏方向应对准波的传播方向恩赐对于横波来说,其振动方向和波的传播方向互相垂直,因此,在布置检波器时,应将其最灵敏方向垂直于波的传播,才能接收到较强的有效信号。

(3)地震仪滤波器的选择.工程地震仪中,大部分都装有较完美的滤波系统。例如,声波的主频段一般大于100HZ(见图2-20)。而折射波的主频段为40Hz,比声波低,可以用低通滤波装置来压制声波。工业电通过电磁感应影响地震记录,所以接气虚点应尽量避开干扰源,并利用仪器的滤波器压制工业电的干扰。

对于一个特定的工作地区,是否需要使用滤波器或使用什么频率段的滤波器,要通过试验来确定。

(4)检波器的安置条件。检波器的安置对地震记录有直接关系,为减小地表疏松沉积层对波的吸收和微震干扰,要将检波器安放在0.2m深的浅坑中。更重要的是土壤表面和检波器的底面的接触,它们构成了检波器-土壤的振动系统,该系统的固有频率与土壤的弹性、接触的特点、检波器质量有关。

当检波器安置在刚性岩石上是,固有振动的叠加能使记录开关强烈畸变。为避免这种现象,可加深检波器坑的深度和增大检波器和土壤的接触面,把检波器埋直、埋紧以提高系统的固有频率。试验表明,检波器-土壤振动系统的频率特性与土壤的成分有关,泥炭土、

波的反射和折射·教案

波的反射和折射·教案 陆文新 教学目的 1.知道什么是波的反射现象,什么是波的折射现象. 2.知道波传播到两种介质交界面时,同时会发生反射和折射. 3.知道波发生反射现象时,反射角等于入射角. 4.知道反射波的频率、波速和波长与入射波相同. 5.知道折射波与入射波的频率相同,波速与波长不同. 6.理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同. 7.掌握入射角与折射角关系:sini/sinγ=v1/v2. 教具 水波槽,观察反射与折射现象用的木板与玻璃砖,投影仪 教学过程 ●引入新课 前几节课我们学习了机械波的形成过程以及机械波的描述方法,今后几节课我们将要学习波的一些特有现象.波的反射和折射,波的衍射,波的干涉.这些现象是波动形式的共同特征,也是学好以后知识的基础. 【板书】*第四节波的反射和折射 ●进行新课 【板书】一、波的反射 思考讨论并回答:同学们在日常生活中看到或听到的哪些现象是属于波的反射现象? 1.回声是声波的反射现象.原因是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.原因是声波在云层界面多次反射. 3.在空房间里讲话感觉声音响.原因是: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,而普通房间里的慢帐、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. 下面我们通过水波的反射来研究波的反射特点. 【演示】在水波槽的装置中,把一根金属丝固定在振动片上,当金属片振动时,金属丝周期性的触动水面,形成波源,在水面上从波源发出一列圆形波.将实验现象用投影仪投影在屏幕上. 实验现象:(参见课本图10-20) (1)水面上形成一列圆形波.

单缝衍射实验和电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量实验报告 学院:电子工程学院 班级: 组员: 撰写人: 实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的

1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。 四、实验内容步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器,调整系统。 仪器连接时,两喇叭口面应相互正对,它们各自的轴线应在一条直线上,指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处,将支座放在工作平台上, 并利用平台上的定位销和刻线对正支座,拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下,即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时,应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这角度读书就是入射角。 五、实验步骤 1、仪器连接时,两喇叭口面应互相正对,它们各自的轴线应在一条直线上。指 示两喇叭位的指针应分别指示于工作平台的1800和刻度处。

2、将支座放在工作平台上,并利用平台上的定位鞘和刻线对正支座,拉起平 台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下,将支座压紧。 3、将反射金属板放在支座上时,应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的900 和-900这对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 4、转动小平台,将固定臂指针调到300~650角度之间任意一位置,这时固定 臂指针所对应刻度盘上指示的刻度就是入射角的读数。 5、开启DH1121B型三厘米固态信号源。 6、转动活动臂,当表头显示出最大指示时,活动臂指针所对应刻度盘上指示 的刻度就是反射角的读数。如果此时表头指示太大或太小,应调整系统发射端 的可变衰减器,使表头指示接近满量程。 7、根据不同极化方式,连续选取几个入射角进行实验,并在表中记录反射角。 六、实验结果及分析 记录实验测得数据,验证电磁波的反射定律 表格分析: (1)、从总体上看,入射角与反射角相差较小,可以近似认为相等,验证了电磁波的反射定律。 (2)、由于仪器产生的系统误差无法避免,并且在测量的时候产生的随机误差,所以入射角不会完全等于反射角,由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大,说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。 2、观察介质板(玻璃板)上的反射和折射实验 将金属换做玻璃板,观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象,自行设计实验步骤和表格,计算反射系数和透射系数,验证透射系数和反射系数相加是否等于1 。 注:初始入射光强为100uA,角度单位为:° (1)、在开始测量时把最大值设为满量程即100uA. (2)、反射最大值与折射最大值之和要大于100uA,根据分析,应该是当两喇叭天线正对时,虽然接受天线的值是100uA,但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线,所以发射天线发射的电磁波应该大于100uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。

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 【教材分析】 教材首先介绍了惠更斯原理,要求学生了解波面、波线等概念,学会利用惠更斯原理确定下一时刻新的波面。在此基础上引导学生观察和研究波的反射现象和波的折射现象及其规律,并利用惠更斯原理进行论证。 【教案目标】 理解惠更斯原理 知道波发生反射时,反射角等于入射角,反射波的频率,波速、波长都与入射波相同知道波发生折射是由于波在不同介质中速度不同 知道折射角与入射角的关系 【教案重难点】 重点是使学生掌握波的反射与折射的规律 难点是理解惠更斯原理 【教案思路】 通过现象引入新课,激发学生的好奇性,然后在教师的组织下首先学习惠更斯原理,使学生了解波在传播时某一时刻的波面上的各点都可以认为是一个新的波源,向各个方向发出子波,由此可以确定下一时刻的波面。在此基础上,引导学生对波的反射和折射规律分别进行探究和论证。主要手段是先通过对实验现象的观察、分析得出大致的规律,进而利用惠更斯原理进行分析论证,最后分别得出波的反射和折射现象中满足的规律——反射定律和折射定律。这样教案的目的在于使学生开阔视野,了解科学家研究物理现象的极为巧妙的思维方法。通过例题和练习,使学生熟练掌握入射角、反射角、折射角和折射率的概念和反射定律和折射定律,并会应用解题。 【教案器材】 发波水槽、投影仪、自制多媒体课件等 【教案过程】 ◆新课导入 教师: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。 学生:回顾生活中的体验。 教师:演示实验——水波的反射现象,并指导学生观察认识(采用发波水槽和实物投影仪)。 学生:观察实验,认识现象。 教师:提出问题:波为什么会有这样的现象呢?其有何规律呢? 要了解这些问题,我们必须先学习惠更斯原理。 ◆新课展示 一、惠更斯原理 1.相关概念:波面、波前和波线: 教师:引导学生思考问题:如何表示波传播的方向? 然后指导学生阅读教材40页有关内容,理解: (1)什么是波面?什么是波线? (2)对于水波和空间一点发出的球面波和平面波为例,如何理解波面和波线? 学生:阅读教材,思考理解:

实验一:电磁波反射和折射实验

实验一:电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量第一次实验 ——电磁场与微波测量实验 2017-3-11 院系:电子工程学院 班级:2014211201 组号:7组 组员:梁嘉琪(报告)李婉婷 学号:2014210819 2014210820

实验一:电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法。 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法。 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法。 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。 验证均匀平面波在无耗媒质中的传播特性;均匀平面波垂直入射理想电解质表面的传播特性。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器,调整系统。 仪器连接时,两喇叭口面应互相正对,他们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭的位置

的指针分别指于工作平台的90刻度处,将支座放在工作平台上,并利用平台上的定位销和刻线对正支座(与支座上刻线对齐)拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度放下,即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时,应使金属板平面与支座线面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90刻度的一对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这角度的读数就是入射角,然后转动活动臂在电流表上找到最大指示处,此时活动臂的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太呆或太小,应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器,使表头指示接近满量程。 4、注意: 做此项实验,入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系统的调整和周围环境的影响。

波的反射和折射

四、波的反射和折射·教案 教学目的 1.知道什么是波的反射现象,什么是波的折射现象. 2.知道波传播到两种介质交界面时,同时会发生反射和折射. 3.知道波发生反射现象时,反射角等于入射角. 4.知道反射波的频率、波速和波长与入射波相同. 5.知道折射波与入射波的频率相同,波速与波长不同. 6.理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同. 7.掌握入射角与折射角关系:sini/sinγ=v1/v2. 教具 水波槽,观察反射与折射现象用的木板与玻璃砖,投影仪 教学过程 ●引入新课 前几节课我们学习了机械波的形成过程以及机械波的描述方法,今后几节课我们将要学习波的一些特有现象.波的反射和折射,波的衍射,波的干涉.这些现象是波动形式的共同特征,也是学好以后知识的基础. 【板书】*第四节波的反射和折射 ●进行新课 【板书】一、波的反射 思考讨论并回答:同学们在日常生活中看到或听到的哪些现象是属于波的反射现象? 1.回声是声波的反射现象.原因是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.原因是声波在云层界面多次反射. 3.在空房间里讲话感觉声音响.原因是: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,而普通房间里的慢帐、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. 下面我们通过水波的反射来研究波的反射特点. 【演示】在水波槽的装置中,把一根金属丝固定在振动片上,当金属片振动时,金属丝周期性的触动水面,形成波源,在水面上从波源发出一列圆形波.将实验现象用投影仪投影在屏幕上. 实验现象:(参见课本图10-20) (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波谷. 【板书】(1)波面:朝各个方向传播的波峰或波谷是在同一时刻构成的,

习题答案 第6章 平面电磁波的反射与折射

第6章 平面电磁波的反射与折射 6.1/ 6.1-1 电场强度振幅为0i E =0.1V/m 的平面波由空气垂直入射于理想导体平面。试求: (a)入射波的电、磁能密度最大值; (b)空气中的电、磁场强度最大值; (c)空气中的电、磁能密度最大值。 [解] (a) 314/10427.4m J w eM -?= 31410427.4m J w m M -?= (b) m V E /2.01= m A H /103.541-?= (c) 313/107708.1m J w eM -?= 313/107708.1m J w m M -?= 6.2/ 6.1-2 均匀平面从空气垂直入射于一介质墙上。在此墙前方测得的电场振幅分布 如题图6-1所示,求: (a)介质墙的)1(=r r με; (b)电磁波频率f 。 [解] (a) 9=r ε (b) M H z Hz f 75105.77 =?= 6.3/ 6.1-3 平面波从空气向理想介质( r μ=1,σ=0)垂直入射,在分界面上0E =16V/m , 0H =0.1061A/m 。试求: (a)理想介质(媒质2)的r ε; (b)i E ,i H ,r E ,r H ,t E ,t H ; (c) 空气中的驻波比S 。 [解] (a) 25.6=r ε (b) ()0010,/2811εμω===--k m V e e E E z jk z jk i i ()m A e e E H z jk z jk i i /0743.0377 28110 --== = η

()()() m A e e H H k k k m V e e E E m A e e E H m V e e RE E z jk z jk t t r z jk z jk t t z jk z jk r r z jk z jk i r /1061.05.2,/16/0318.0377 12) /(122222111101122200 0----+========= = -==εεμωη (c) 5.2429 .01429 .0111=-+= -+= R R S 6.4/ 6.1-4 当均匀平面波由空气向理想介质(1=r μ,σ=0)垂直入射时,有96%的入射功率输入此 介质,试求介质的相对介电常数r ε。 [解] 25.2=r ε 6.5/ 6.1-5频率为30MHz 的平面波从空气向海水(r ε=81,1=r μ,σ=4/S/m )垂直入射。在该频率上 海水可视为良导体。已知入射波电场强度为10mV/m ,试求以下各点的电场强度: (a)空气与海水分界面处; (b)空气中离海面2.5m 处; (c)海水中离海面2.5m 处。 [解] (a) ()m V TE E E i t /1003.4102.440403.02.4442000 ∠--?=?∠=== (b) ( )() ()m mV j E j z k E j e e E e E E i i z jk z jk i z jk z jk i /202sin 2Re 010*******==-=-≈+=∴-- (c ) 2.445.28.215.28.21402100 3.422j j z j z t e e e e e E E ?-?----?==βα () ()m V /)4.198(1064.82.446.312210143.21003.428244 -∠?=+-∠???=--- 6.6/ 6.1-6 10GHz 平面波透过一层玻璃(r ε=9,1=r μ)自室外垂直射入室内,玻璃的厚度为4mm , 室外入射波场强为2V/m ,求室内的场强。 [解] ()951 .0309.0465.0816212144288 144 3j e e e E j j j i +-=?-?= --- ()()m V /6.12957.14.148.31446 -∠=∠-∠= ()()m A E H i i /6.1291016.4377 6.1295 7.130 3 3-∠?=-∠= = -η

电磁波反射与折射的研究

电磁波反射和折射的研究 实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射; 2.研究电磁波在良介质表面的反射和折射; 3.研究电磁波全反射和全折射的条件。 ■*■. 实验原理: 1 .电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示,平行极化的均匀平面波以角度入射到良介质表面时,入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 i 图1.平行极化波的斜入射示意图 入射波: jk1(xsin zcos ) E E m (3x cos a z sin )e E m jk i(xsin a y —e zcos ) 反射波: R〃E —( a x cos jk i(xsin zcos ) a z sin )e 折射波: R//E— a y --------------- e jk i (xsin zcos ) E t T〃E—(a x cos a z sin jk2(xs in )e zcos ) H t z cos ) jk2 (xsin e

1 cos 2 cos 1 cos 2 cos 类似地,可求出垂直极化波的反射系数和折射系数: 2 cos 1 cos 2 cos 1 cos 2 2 cos 2 cos 1 cos 2.全折射发生的条件: 全折射也即没有反射波,发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 (1) 对平行极化情形,令R 〃 0,可得全折射时的入射角: 该入射角称为布儒斯特角。可以证明,此时的折射角 90 P 。可见,若电磁波以角 度P 入射到厚度为d 的介质板表面,则 i I ~~ sin cos P \ 1 2 这正是电磁波由 2到1的全折射条件。因此, 当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧 入射时,在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图 2所示。 对垂直极化波,类似的推导结果表明,其不会发生全折射现象。 式中, 1 k i 11 , k 2 利用分界面上(z = 0 )电场和磁场切向分量连续的边界条件,可得斯耐尔反射定律: 和斯耐尔折射定律: sin sin 并计算出平行极化波的反射系数 R /和折射系数T / : R // 1 cos 2 cos T // 2 2 cos sin tan k 1 k 2 1 2 0时 1 1 1 ■ 2

第四节 波的反射和折射

第四节波的反射和折射 教学目标: (一)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,知道折射角与入射角的关系。 (二)过程与方法 培养学生对实验的观察、分析和归纳的能力。 (三)情感、态度与价值观 通过对现象的观察、解释、培养学生观察生活,探索知识的能力。 教学重点: 1、波的反射和折射现象。 2、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射角的关系。 3、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。 教学难点: 用波的反射和折射现象解决实际问题。 教学方法: 自学辅导法 教学用具: 实物投影仪,自制投影片,水波槽,长木板和厚玻璃板各一块 教学过程: (一)引入新课 [放录像]一位演员在山中唱山歌,歌声缭绕不断。 [提出问题]为什么会产生上述现象? [学生讨论分析]上述录像中:演员发出的声波传到山崖时,会返回来继续传播,使我们听到回声,这属于声波的反射现象。 那么:水波在传播过程中遇到障碍物时,能不能产生反射现象呢? [做演示实验,并通过实物投影仪投影]

在水波槽的装置中,把一根金属丝固定在振动片上。 a.让振动片开始振动,金属丝将周期性地触动水面,形成波源。 观察到的现象:在水面上从波源发出一列圆形水波。 b.在水槽中放一块长木板,让波源发出圆形波,观察水波遇到长木板后发生的现象。 观察到的现象:从波源发出的圆形波遇到长木板后,有一列圆形波从长木板反射回来。 教师:波的反射现象中遵循哪些规律呢?这节课我们就来学习有关的内容。 (二)新课教学 1、波面和波线 教师:引导学生阅读教材有关内容,思考问题: (1)什么是波面?什么是波线? (2)对于水波和空间一点发出的球面波为例,如何 理解波面和波线? 学生:阅读教材,思考问题。 [投影]出示圆形波的照片。 介绍什么是波面和波线: (1)照片中的圆形是朝各个方向传播的波峰(或波谷)在同一时刻构成的,叫做波面。 (2)图中与各个波面垂直的线叫波线,用来表示波的传播方向。 2、惠更斯原理 教师:引导学生阅读教材有关内容,思考问题: (1)惠更斯原理的内容是什么? (2)以球面波为例,应用惠更斯原理解释波的传播。 学生:阅读教材,思考问题。 3、波的反射 教师:引导学生阅读教材有关内容,体会用惠更斯原理对波的反射过程的解释。 学生:阅读教材。

电磁波反射与折射的研究(试题学习)

电磁波反射和折射的研究 一. 实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射; 2. 研究电磁波在良介质表面的反射和折射; 3. 研究电磁波全反射和全折射的条件。 二. 实验原理: 1.电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示, 平行极化的均匀平面波以角度θ 入射到良介质表面时,入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 图1. 平行极化波的斜入射示意图 入射波: ) cos sin (m 1)sin cos (θθθθz x jk z x e E +-+ +-=a a E )cos sin (1 m 1θθηz x jk y e E +-++ =a H 反射波: ) cos sin (m //1)sin cos (θθθθ'-'-+ -'-'-=z x jk z x e E R a a E )cos sin (1 m //1θθη'-'-+ - =z x jk y e E R a H 折射波: ) cos sin (m //t 2)sin cos (θθθθ''+''-+ ''-''=z x jk z x e E T a a E )cos sin (2 m //t 2θθη''+''-+=z x jk y e E T a H E + E t ⊙ ⊙ ⊙ E - θ '' θ ' θ z x H + H - H t

式中, 2221112 2 2111 , , ,εμωεμωεμηεμη==== k k 利用分界面上(z = 0)电场和磁场切向分量连续的边界条件,可得斯耐尔反射定律: θθ'= 和斯耐尔折射定律: 2 1 2 21 12 1 021sin sin εεεμεμθθμμμ时=== = =''k k 并计算出平行极化波的反射系数R //和折射系数T //: θηθηθηθη' '+' '-= cos cos cos cos 2121//R θηθηθ η' '+= cos cos cos 2212//T 类似地,可求出垂直极化波的反射系数和折射系数: θηθηθηθη' '+' '-= ⊥cos cos cos cos 1212R θηθηθ η' '+=⊥cos cos cos 2122T 2.全折射发生的条件: 全折射也即没有反射波,发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 (1) 对平行极化情形,令0//=R ,可得全折射时的入射角: 1 2 1 2 121 P tan sin εεεεεθθ--=+== 该入射角称为布儒斯特角。可以证明,此时的折射角P 90θθ-?=''。可见,若电磁波以角度θP 入射到厚度为d 的介质板表面,则 2 11P cos sin εεεθθ+= ='' 这正是电磁波由ε2到ε1的全折射条件。因此,当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时,在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图2所示。 对垂直极化波,类似的推导结果表明,其不会发生全折射现象。

实验一:电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量第一次实验 ——电磁场与微波测量实验 2017-3-11 院系:电子工程学院 班级:2014211201 组号:7组 组员:梁嘉琪(报告)李婉婷 学号:2014210819 2014210820

实验一:电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法。 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法。 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法。 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。验证均匀平面波在无耗媒质中的传播特性;均匀平面波垂直入射理想电解质表面的传播特性。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器,调整系统。 仪器连接时,两喇叭口面应互相正对,他们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处,将支座放在工作平台上,并利用平台上的定位销和刻线对正支座(与支座上刻线对齐)拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度放下,即可

压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时,应使金属板平面与支座线面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90刻度的一对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这角度的读数就是入射角,然后转动活动臂在电流表上找到最大指示处,此时活动臂的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太呆或太小,应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器,使表头指示接近满量程。 4、注意: 做此项实验,入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系统的调整和周围环境的影响。 五、实验数据与处理: 1. 金属板实验: 结论:入射角越大,入射角和反射角绝对差值越小。接受信号越强,受影响越小。 2. 观察介质板(玻璃板)上的反射和折射实验: 实验数据及处理如下表: 总电流(56μA)

高中物理选修3-4波的反射和折射、波的衍射

波的反射和折射、波的衍射 一、教学目标 1、知道什么是波的衍射现象。 2、知道波发生明显衍射现象的条件。 3.知道衍射是波的特有现象。 二、教学重点:波发生明显衍射现象的条件。 三、教学方法:实验演示 四、教具:水波槽、两块挡板、 五、教学过程: (一)引入新课 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象,这是什么原因呢?通过这节课的学习,我们就会知道,原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象,这就是波的衍射。 (二)进行新课 波在向前传播遇到障碍物时,会发生波线弯曲,偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播,这种现象就叫做波的衍射。 【板书】1、波的衍射:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做波的衍射。 大家想一想,你见过的哪些现象是波的衍射现象? 答:在水塘里,微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物,会绕过它们继续传播。 下面我们用水波槽和小挡板来做实验,请大家认真观察。 现象:水波绕过小挡板继续传播。 将小挡板换成长挡板,重新做实验。 现想:水波不能绕到长挡板的背后传播。 这个现象说明发生衍生的条件与障碍物的大小有关。

下面通过实验研究发生明显衍射现象的条件。 【演示】在水波槽里放两快小挡板,当中留一狭缝,观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。 (1)保持水波的波长不变,该变窄缝的宽度(由窄到宽),观察波的传播情况有什么变化。观察到的现象: 在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下,发生明显的衍射现象。水波绕到挡板后面继续传播。(参见课本图10-26甲) 在窄缝的宽度比波长大得多的情况下,波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样,在挡板后面留下了“阴影区”。(参见课本图10-26乙) (2)保持窄缝的宽度不变,改变水波的波长(由小到大),将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。 可以看到:在窄缝不变的情况下,波长越长,衍射现象越明显。 将课本图10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上,它们是做衍射实验时拍下的照片。甲中波长是窄缝宽度的3/10,乙中波长是窄缝宽度的5/10,丙中波长是窄缝宽度的7/10。 通过对比可以看出:窄缝宽度跟波长相差不多时,有明显的衍射现象。 窄缝宽度比波长大得多时,衍射现象越不明显。 窄缝宽度与波长相比非常大时,水波将直线传播,观察不到衍射现象。 【板书】二、发生明显衍射现象的条件 只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。 【板书】一切波都能发生衍射,衍射是波的特有现象。 (三)巩固练习 1.光也是一种波,那么光遇到障碍物是否会发生衍射现象? 2.为什么在通常情况下,我们说光沿直线传播,与光是一种波是否矛盾? 3.我们站在大柱子后面能听到前面人说话的声音,而太阳光照到大柱子上却在

电磁波接收与发射

电磁波接收与发射 一、实验内容 1、电磁波的能量 2、电磁波的电场方向 3、电磁波的磁场方向 4、天线辐射的角分布 5、电磁波的驻波 6、电磁波的共振 7、发射天线的电流振幅8、发射天线的电压振幅 9、演示开放电路10、传输线上的电压驻波 二、实验装置 图 3-40-1 电源:输入电压220V/50HZ。 输出直流600V,交流6.3V, 输入功率为85W。 发射管:FU-29中功率电子管。发射波长:约为1.8米。 三、实验原理探讨 本电磁波演示仪,是用电子管产生高频振荡,通过天线与振荡回路的耦合,在发射天线引起感应电流,在发射天线的周围就产生很强的电磁场,发射波长约为1.8米。由于发射天线是开放电路,电磁场充分暴露于空间,很有利于电磁场的辐射而形成很强的电磁波。通过半波振子接受天线上小电珠的明暗变化,演示电磁波的电场强弱及方向。用环形振子接受天线显示电磁波的磁场强弱及其方向。利用金属板(或墙面)对电磁波的反射在空间形成驻

波。 1、电源。输入220V、50H电压,输出高压。 2、发射机。采用自激推挽振荡,发射天线与振荡回路直接耦合。发射天线 是一条长为0.84米的金属管,是电磁波在天线导体中波长的一半,能很方便地放上与取下。在发射机的尾部放反射天线,它是一根长为1.02米的金属管。 3、环形接受天线。上面装有1.5V小电珠和微调电容器,用绝缘起子调整其 频率,用作演示发射天线上的电流振幅与磁场的方向。 4、半波振子接受天线。它由两根拉杆天线组成,中间装有6.3V小电珠,调 节其长度可以改变它的固有频率,用作演示。 5、氖泡棒。在一根绝缘棒的顶端装有氖泡,用作演示发射天线的电压振幅。 6、传输线一对。演示传输线上电压驻波用。 7、支架。放置发射机和传输线用。 四、实验现象与观察 将发射机安放在支架上发射天线与反射天线放入发射机中,把发射机的三孔插头插入电源中,预热5分钟,待发射管发热后即可使用(若输入电压低于220V可将电源器的输入端接入约0.5千伏安自藕变压器上)。 1、电磁波的能量 调节半波振子接受天线长度与发射天线长度相等。一只手将半波振子接受天 线放置电磁波发射方向,并于发射天线平行,相距一米左右,另一只手接通高压开关,接受天线上的小电珠立刻发亮,表明接受天线将部分电磁波的能量转化为光能。此时可用金属导体中的自由电子在交变电场的作用下移动,形成交变电流来解释,使学生加深对电场的认识。演示完毕关闭高压开关。 2、电磁波的电场方向 调整半波振子接受天线与发射天线同长度,将半波振子接受天线放在正对发 射天线约一米远处,接通高压开关,将半波振子接受天线水平地绕接受天线轴转动360度,可以观察到只有当接受天线与发射天线平行时,小电珠发亮。由此可以定出电磁波的电场方向,演示完毕关闭高压开关。

波的反射和折射

波的反射和折射 导读:本文波的反射和折射,仅供参考,如果觉得很不错,欢迎点评和分享。 教学目标 知识目标 1、知道波传播到两种介质的交界面时,会发生反射和折射; 2、理解波的反射、折射遵守的规律,会根据波面和波线进行分析; 能力目标 1、让学生在实验的基础上理解波面、波线,能够根据想象建立空间概念。 2、对比光的反射和折射,提高学生类比分析的能力。 教学建议 在学生初中学习光的反射和折射的基础上,教师通过实验演示、类比光的反射和折射讲解机械波的反射和折射。 对于实验的建议: 1、注意实验的准备以及操作; 2、在实验的基础上引入波线、波面的概念。 注意从现象——规律——现象这一过程,师生结合实际共同讨论、分析。 扩展资料

回声 当声投射到距离声源有一段距离的大面积上时,声能的一部分被吸收,而另一部分声能要反射回来,如果听者听到由声源直接发来的声和由反射回来的声的时间间隔超过0.1秒,它就能分辩出是两个声音,这种反射回来的声叫“回声”。如果声速已知,当测得声音从发出到反射回来的时间间隔,就能计算出反射面到声源之间的距离。利用这个道理,已设计成水声测位仪,用以测量海水的深度。回声是山谷中或大厅中常有的现象,夏天响雷轰轰不绝,也是雷声经天空密云层多次反射的回声。广义讲,凡有这种性质的其他信号,都属回声。例如,反射回来的超声波信号。利用回声制造的回声探测仪、水声定向器、超声波探伤仪等用声波探测鱼群、或用地面上爆炸声波的反射用以探测地下的油矿等。 扩展资料 机械振动、机械波知识表解 扩展资料 基本知识技能 1、波的反射:当波到达两种性质不同媒质的分界面时,改变传播方向,但仍在原来媒质里传播的现象. 2、波的折射:当波到达两种性质不同媒质的分界面时,改变传播方向,进入另一种媒质的现象

习题答案第6章 平面电磁波的反射与折射

第6章 平面电磁波的反射与折射 6.1/6.1-1 电场强度振幅为0i E =0.1V/m 的平面波由空气垂直入射于理想导体平面。试求:(a)入射波的电、磁能密度最大值;(b)空气中的电、磁场强度最大值;(c)空气中的电、磁能密度最大值。 [解] (a)3 14 /10 427.4m J w eM ?×=3 1410427.4m J w mM ?×=(b)m V E /2.01=m A H /103.541?×=(c) 3 13/107708.1m J w eM ?×=3 13/107708.1m J w mM ?×=6.2/6.1-2 均匀平面从空气垂直入射于一介质墙上。在此墙前方测得的电场振幅分布 如题图6-1所示,求: (a)介质墙的)1(=r r με;(b)电磁波频率f 。[解](a) 9 =r ε(b) MHz Hz f 75105.77=×=6.3/6.1-3 平面波从空气向理想介质(r μ=1,σ=0)垂直入射,在分界面上0E =16V/m , 0H =0.1061A/m 。试求: (a)理想介质(媒质2)的r ε;(b)i E ,i H ,r E ,r H ,t E ,t H ;(c)空气中的驻波比S 。 [解](a)25 .6=r ε(b) ()0010,/2811εμω===??k m V e e E E z jk z jk i i ()m A e e E H z jk z jk i i /0743.0377 28110??=== η

() ()() m A e e H H k k k m V e e E E m A e e E H m V e e RE E z jk z jk t t r z jk z jk t t z jk z jk r r z jk z jk i r /1061.05.2,/16/0318.0377 12) /(1222221111011222000????+==========?==εεμωη(c) 5 .2429 .01429 .0111=?+= ?+= R R S 6.4/6.1-4 当均匀平面波由空气向理想介质(1=r μ,σ=0)垂直入射时,有96%的入射功率输入此介质,试求介质的相对介电常数r ε。 [解]25 .2=r ε6.5/6.1-5频率为30MHz 的平面波从空气向海水(r ε=81,1=r μ,σ=4/S/m )垂直入射。在该频率上 海水可视为良导体。已知入射波电场强度为10mV/m ,试求以下各点的电场强度:(a)空气与海水分界面处;(b)空气中离海面2.5m 处;(c)海水中离海面2.5m 处。[解](a) () m V TE E E i t /1003.4102.440403.02.4442000ο ο∠??×=×∠===(b)()() () m mV j E j z k E j e e E e E E i i z jk z jk i z jk z jk i /202sin 2Re 010*******==?=?≈+=∴??(c ) ο 2 .445.28.215.28.214021003.422j j z j z t e e e e e E E ×?×????×==βα()() m V /)4.198(1064.82.446.312210143.21003.428244οοο?∠×=+?∠×××=???6.6/6.1-6 10GHz 平面波透过一层玻璃(r ε=9,1=r μ)自室外垂直射入室内,玻璃的厚度为4mm ,室外入射波场强为2V/m ,求室内的场强。[解] ()951.0309.0465.0816212144288 144 3j e e e E j j j i +?=×?×= ???ο ο ο ()()m V /6.12957.14 .148.31446ο ο ο?∠=∠?∠=()()m A E H i i /6.1291016.4377 6.1295 7.13033?∠×=?∠== ?η

验证电磁波的反射和折射定律

信息与通信工程学院实验报告 (操作性实验) 课程名称:电磁场与电磁波 实验题目:验证电磁波的反射和折射定律 一、实验目的和任务 验证电磁波在媒质中传播遵循反射定理及折射定律。 1、研究电磁波在良好导体表面上的全反射。 2、研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。 3、研究电磁波全反射和全折射的条件。 二、实验仪器及器件 三、实验内容及原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的玻璃板作为障碍

物来研究当电磁波以某一入射角投射到此玻璃板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。 电磁波斜投射到不同介质分布面上的反射和折射,为讨论和分析问题简便,下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波,如图 1 所示。在煤质分布面上有一平行极化波,以入射角斜投射时,入射波、反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示: 入射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+ 111(xcos xsin )01 11 j y E H e a βθθη--+= 折射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+ 222(xcos xsin )02 22 j y E H e a βθθη--+= 以上各式中1η、2η分别表示波在两种媒质中的波阻抗。由边界条件可知,在分界面上x = 0 处,有* 1212,t t t t E E H H ==。同时,三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播,即它 们的波因子必须相等,则有: *1111sin sin βθβθ= 1122 s i n s i n βθβθ= 由此得:12θθ= 上式表明,媒质分界面上反射角等于入射角,即反射定律。由式得 222111111sin sin sin v v βθθθθθβ= === 上式即折射定律或施耐尔定律。

验证电磁波的反射和折射定律

国际教育学院实验报告 (操作性实验) 课程名称:电磁场与电磁波 实验题目:验证电磁波的反射和折射定律 指导教师:- 班级:- 学号:- 学生姓名:- 一、实验目的和任务 研究电磁波在良好导体表面上的反射。 研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。 研究电磁波全反射和全反射的条件。 二、实验仪器及器件 分度转台1台,喇叭天线1对,三厘米固态信号发生器1台, 晶体检波器1个,可变衰减器1个,读数机构1个,微安表1个,玻璃板一块。 三、实验内容及原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的玻璃板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此玻璃板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。 电磁波斜投射到不同介质分布面上的反射和折射,为讨论和分析问题简便,下面所提 到的电磁波均指均匀平面电磁波,如图 1 所示。在煤质分布面上有一平行极化波,以入射角斜投射时,入射波、反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示: 入射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+

111(xcos xsin )01 11 j y E H e a βθθη--+= 折射波场 222(xcos xsin )20221(sin cos )e j x z E E a a βθθθθ--+=+ 222(xcos xsin )02 22 j y E H e a βθθη--+= 以上各式中1η、2η分别表示波在两种媒质中的波阻抗。由边界条件可知,在分界面上 x = 0 处,有* 1212,t t t t E E H H ==。 同时,三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播,即它们的波因子必须相等,则有: *1111sin sin βθβθ= 1122s i n s i n βθβθ= 由此得:12θθ= 上式表明,媒质分界面上反射角等于入射角,即反射定律。由式得 222111111sin sin sin v v βθθθθθβ= === 上式即折射定律或施耐尔定律。 图 1 平行极化波斜投射时场量在分界面上的分布 四、实验步骤 测试良好介质的全折射,我们采用平行极化波状态,为此,须将电磁波综合测试仪的辐射喇叭与接收喇叭置于平行极化工作状态,对于测试良好导体的全反射,我们同样采取计划工作波状态 连接仪器。两喇叭口面应互相正对,它们各自的轴线应在一条直线上。调节喇叭的朝

波的反射和折射

波的反射和折射 教学目标 知识目标 1、知道波传播到两种介质的交界面时,会发生反射和折射; 2、理解波的反射、折射遵守的规律,会根据波面和波线进行分析; 能力目标 1、让学生在实验的基础上理解波面、波线,能够根据想象建立空间概念。 2、对比光的反射和折射,提高学生类比分析的能力。 教学建议 在学生初中学习光的反射和折射的基础上,教师通过实验演示、类比光的反射和折射讲解机械波的反射和折射。 对于实验的建议: 1、注意实验的准备以及操作; 2、在实验的基础上引入波线、波面的概念。 注意从现象——规律——现象这一过程,师生结合实际共同讨论、分析。 扩展资料 回声 当声投射到距离声源有一段距离的大面积上时,声能的一部分被吸收,而另一部分声能要反射回来,如果听者听到由声源直接发来的声和由反射回来的声的时间间隔超过0.1秒,它就能分辩出是两个声音,这种反射回来的声叫“回声”。如果声速已知,当测得声音从发出到反射回来的时间间隔,就能计算出反射面到声源之间的距离。利用这个道理,已设计成水声测位仪,用以测量海水的深度。回声是山谷中或大厅中常有的现象,夏天响雷轰轰不绝,也是雷声经天空密云层多次反射的回声。广义讲,凡有这种性质的其他信号,都属回声。例如,反射回来的超声波信号。利用回声制造的回声探测仪、水声定向器、超声波探伤仪等用声波探测鱼群、或用地面上爆炸声波的反射用以探测地下的油矿等。 基本知识技能 1、波的反射:当波到达两种性质不同媒质的分界面时,改变传播方向,但仍在原来媒质里传播的现象. 2、波的折射:当波到达两种性质不同媒质的分界面时,改变传播方向,进入另一种媒质的现象

折射和反射 波入射到两种媒质分界面上时,传播方向发生改变,发生反射、折射现象。 波的反射定律:入射线、反射线和法线在同一平面内,入射角i等于反射角i′ i = i′ 波的折射定律:入射线、反射线和法线在同一平面内,且 上式中γ为折射角,u1、u2分别是入射波和折射波的波速,n21是媒质2相对于媒质1的相对折射率。 波的反射和折射现象可以根据惠更斯原理,用作图法加以说明。 下面的程序用惠更斯原理演示了波的反射现象。 演示7.6.2 波的反射过程 下面的动画用惠更斯原理演示了波的折射现象。 演示7.6.3 波的折射过程

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