高中物理教科版选修(3-4)2.4 教学课件 《惠更斯原理 波的反射与折射》(教科版)

第二章·机械波第四节惠更斯原理波的反射与折射蝙蝠的“眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。隐形飞机F—117雷达确定目标示意图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，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。一、波面、波前和波线波面：振动状态相同的质点组成的面。水波的波面是一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以波源为球心的一个个球面；对于平行光（光也是一种波）波面是平面(类比等势面）。波线：箭头表示波的传播方向的线（类比电场线）波面和波线的关系：垂直（类似电场线与等势面的关系）波前：最前面的波面叫做波前。二、惠更斯原理内容：波在传播过程中所达到的每一点都可以看做新的波源，从这一点发出的球面形状的子波，其后任意时刻这些子波波前的包络面就是新的波前。(一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面)克里斯蒂安·惠更斯(ChristianHuygens，1629—1695)荷兰物理学家、数学家、天文学家。克里斯蒂安·惠更斯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。.........t时刻的波前tΔ+t时刻的波前子波波源tvΔ确定下一时刻平面波的波面确定下一时刻球面波的波面................子波波源tΔ+t时刻的波前t时刻的波前tuΔ哦！作用：由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻平面波、球面波等的波面，根据两者（波线与波面）的垂直关系，从而确定波的传播方向，所以惠更斯原理又叫惠更斯作图法。三、波的反射反射角i’：反射波的波线与平面法线的夹角入射角i：入射波的波线与平面法线的夹角波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象规律（与光的反射定律相同）：1、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射角等于反射角2、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．经t后，B点发射的子波到达界面处B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。波的反射定律证明由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点，A`、B`为同一波面上的两点。四、波的折射折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了偏折的现象折射的原因：波在不同介质中速度不同由惠更斯原理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，折射定律：（1）入射线、法线、折射线在同一平面内；（2）入射线与折射线分局居法线两侧；（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播速度与在第二种介质中传播速度之比：（4）在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第一种介质对第二种介质的折射率，用n12表示。1.当入射速度大于折射速度时，折射波线靠拢法线；当入射速度小于折射速度时，折射波线远离法线。2.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例3.在波的折射中，波的频率不改变，波速、波长都发生改变注意：猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，那光是波或波是光呢？小试身手1.一列声波在空气中的波长为25cm，传播速度为340m/s，这列声波传入另一种介质中时，波长变为80c