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3.3波的反射和折射
背景資料：惠更斯原理
波在均勻介質中傳播時，波速、波面形狀、波的傳播方向等均保持不變。
波在傳播過程中遇到障礙物或傳到不同介質的界面時，則波速、波面形狀、以及波的傳播方向等都要發生變化，產生反射、折射、衍射、散射等現象。
這些波的現象造成波的變化用波動方程定量描述非常困難，惠更斯原理提供了一種定性的幾何作圖方法，在很廣泛的范圍內解決了波的傳播方向等問題。
背景資料：克里斯蒂安·惠更斯
荷蘭物理學家、數學家、天文學家
1629年出生于海牙。
1655年獲得法學博士學位。
1663年成為倫敦皇家學會的第一位外國會員
與牛頓同一時代，是歷史上最著名的物理學家之一
對力學的發展和光學的研究都有杰出的貢獻
在數學和天文學方面也有卓越的成就
是近代自然科學的一位重要開拓者　
惠更斯1629～1695
1、波面：從波源發出的波經過同一傳播時間而達到的各點所組成的面，叫做波面
例：平面波、圓形波、球面波
2、波線：從波源沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線叫波線，可表示波的傳播方向
一、幾個概念
波線與波面垂直
3、波前：最前面的波面叫做波前
4、子波：波面上任一點都是新的振源發出的波叫子波
5、新波面（前）：某時刻各子波波面的公共切面（即包絡面）就是該時刻的新波面（前）
一、幾個概念
t+?t時刻波面
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v?t
波傳播方向
t
時刻波面
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+
?t
v
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?
圖示：波在各向同性介質中傳播
以平面波為例
以球面波為例
t+?t時刻波面
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波傳播方向
t
時刻波面
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+
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v
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二、惠更斯原理
⑴行進中波面上任意一點都可看作是新的子波源
t+?t時刻波面
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波傳播方向
t
時刻波面
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+
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v
t
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二、惠更斯原理
⑵所有子波源各自向外發出許多子波
t+?t時刻波面
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波傳播方向
t
時刻波面
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+
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v
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二、惠更斯原理
⑶各個子波所形成的包絡面，就是原波面在一定時間內所傳播到的新波前
二、惠更斯原理
1、原理內容：
⑴行進中波面上任意一點都可看作是新的子波源
⑵所有子波源各自向外發出許多子波
⑶各個子波所形成的包絡面，就是原波面在一定時間內所傳播到的新波前
2、原理依據：
波動在介質中是逐點傳播的
各質點作與波源完全相同的振動
惠更斯作圖法：
應用惠更斯原理知某一時刻波前
可用幾何方法確定下一時刻波前
1、用惠更斯作圖法導出了波的反射定律
2、用惠更斯作圖法導出了波的折射定律
三、惠更斯原理的應用
A
B1
B2
B3
D
三、惠更斯原理的應用
1.波的反射
rA=vΔt
rB1=
vΔt
2
3
rB2=
vΔt
1
3
rB3=0
三、惠更斯原理的應用
1.波的反射
用惠更斯原理導出波的反射定律
A
B
a
c
b
a′
c′
b′
A′
B′
經?t后，B點發射的子波到達界面處B′點，A點發射的子波到達A′點。
由惠更斯原理，AB為波的一個波面
同種介質，波速不變
反射定律
根據實驗，可得到反射定律：
反射線、入射線和界面的法線在同一平面內
反射線和入射線分別位于法線的兩側
反射角等于入射角，即
反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同
i
法線
i’
入射波
反射波
生活中反射現象的思考
波的反射：波遇到障礙物會返回來繼續傳播的現象
1．回聲是聲波的反射現象
解釋：對著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時，會被反射回來繼續傳播
2．夏日的雷聲轟鳴不絕
解釋：聲波在云層界面多次反射
3．在空房間里講話感覺聲音響
解釋：聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發生反射時，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時到達人耳。人耳只能分開相差0.1s以上的聲音。所以，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的幔帳、地毯、衣物等會吸收聲波，會影響室內的聲響效果
4．水波傳到岸邊也會發生反射現象
水波的折射水波的折射.mpeg
在水槽的一部分底面上放一塊厚玻璃板，使槽分為深水區和淺水區兩個區域
(水波在這兩個區域中傳播速度不同，因而可以把這兩個區域看作是不同的介質)
讓水波從深水區射到兩個區域的分界面上，可以看到波由深水區進入淺水區繼續傳播，但是改變了傳播方向
2.波的折射
n
1
n
2
i
B
r
r
C
●
A
●
i
●
D
E2
E1
三、惠更斯原理的應用
由惠更斯原理，AB為波的一個波面
經?t后，B點發射的子波到達界面處D點，A點發射的子波到達C點。
三、惠更斯原理的應用
用惠更斯原理導出波的折射定律
2.波的折射
折射定律
根據實驗，折射定律為：
折射線、入射線和界面法線在同一平面內,頻率不變
折射線和入射線分別位于法線的兩側
入射角與折射角的正弦之比，等于波在介質1中的波速v1與介質2中的波速v2之比，即
入射角i
折射角r
介質1
介質2
波在反射折射時的頻率波速和波長
取決于
反射時
折射時
頻率
波速
波長
頻率和波速
介質
振源
不變
不變
不變
不變
改變
改變
1.如圖所示中分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)．
A．2與1的波長、頻率相等，波速不等
B．2與1的波速、頻率相等，波長不等
C．3與1的波速、頻率、波長均相等
D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
D
針對訓練
2.一列水波由深水區進入淺水區?入射角600?折射角450?則下列說法正確的是（
）?
?
A?波在深水區與淺水區的波速相同?頻率不同?波長不同
B?波在淺水區與深水區中傳播時?波速、頻率、波長都相同
C?深水區中的波速、波長比淺水區中大
D
深水區中的波速、波長比淺水區中小
C
針對訓練
3.以下關于波的認識，正確的是(　　)
A．潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理
B．隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質，是為了減少波的折射，從而達到隱形的目的
C．雷達的工作原理是利用波的反射
D．水波從深水區傳到淺水區改變傳播方向的現象，是波的折射現象
ACD
針對訓練

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