4 惠更斯原理_波的反射折射

斯帕兰扎尼第四节惠更斯原理波的反射与折射•演示水波槽实验一，教材P32观察与思考一.波动中的几个概念1.波面：从波源发出的波经过同一传播时间而到达的各点所组成的面，叫做波面。平面波3.波线：从波源发出沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波动的传播方向。波线与波前垂直。t时刻的波前t+Δt时刻的波前最前面的波面叫做波前。2.波前：圆形波O波面波线波面波线波面和波线的关系：垂直（类似电场线与等势面的关系）•演示水波槽实验二，教材P32观察与思考二.惠更斯原理内容：介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面（拿布去包裹形成的面）是新的波面。克里斯蒂安·惠更斯(ChristianHuygens，1629—1695)荷兰物理学家、数学家、天文学家。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时刻的波面（波前）tΔ+t时刻的波面（波前）子波波源tvΔ平面波的惠更斯原理解释确定下一时刻球面波的波面................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tvΔ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。i'i法线平面规律（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。演示水波槽实验三经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：i'ii'iABacba`c`b`由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点``AABB```AABBABABBABA```ii`证毕tvA`B`界面介质I介质II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改变的现象。ir法线21sinsinvvri折射定律：入射线、法线、折射线共面，入射线与折射线分居法线两侧．入射角、折射角的正弦比等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比。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irABCDirtv1经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，ADBDisinADtv1ADACrsinADtv221sinsinvvri证毕波的折射定律证明：tv21.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？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80cm，它在这种介质中传播速度是多少？1088m/s2.一列声以60°的入射角入射到两种介质的界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为0.6m，求折射波的波长和反射波的波长？mm6.0,32.03.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可能相同C．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直答案：ABCD作业：•1.教材P35练习与评价，发展空间；•2.三维设计。•半期复习！！！复习！！！波的反射现象的应用1．回声测距：(1)当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声t2.(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)t2.(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝(v声－v)t2.2．超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来．蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向．特别提醒：人耳能将原声和回声(反射回来的声音)区分开的最小时间间隔为0.1s.•如图甲所示是在高速公路上用超声波速度仪测量车速的示意图，测速仪固定并正对被测物发出和接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号的时间差，测出被测物体的速度．图乙是测量仪记录脉冲信号得到的纸带，p1、p2表示测速仪发出的超声波信号，n1、n2表示p1、p2经汽车反射回来的信号．设记录时纸带匀速移动，p1、p2之间的时间间隔Δt＝1.0s，超声波在空气中传播的速度是v＝340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图乙可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离是多少？汽车的速度是多大？【思路点拨】超声波遇到障碍物会反射回来．从发出超声波到收到超声波的时间就是波来回运动的时间，而中间时刻就是跟物体相遇的时刻．【自主解答】(1)从p1到p2经历的时间为1.0s，图乙中是30个格，发出p1到收到n1共12个格，知车距仪器的距离s1＝12vΔt1＝12×340×130×12m＝68m，发出p2到收到n2共9个格，知车距仪器的距离s2＝12vΔt2＝12×340×130×9m＝51m，车行驶的距离为Δs＝s1－s2＝17m.(2)车第一次收到超声波的时刻应是p1n1的中点，第二次接到超声波是p2n2的中点时刻，这两个中点间共有28.5个小格，对应的时间为Δt＝130×28.5s＝0.95s，车的速度为v＝ΔsΔt＝170.95m/s≈17.9m/s.【答案】17m17.9m/s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()A．听不到B．甲开枪3t后C．甲开枪2t后D．甲开枪3＋72t后解析：选C.乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙耳中的，故t＝2av.甲、乙两人及墙的位置如图所示，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB所示，由几何关系可得：AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为t′＝AC＋CBv＝4av＝2t.