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1、惠更斯原理-波的反射及折射4.惠更斯原理波的反射与折射【观察思考】在水波槽实验中，把一根金属丝固定在振动片上，当振动片振动时，金属丝周期性的触动水面，可观察到水波形成圆形的波纹从波源向四周传播；（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从实验中可以看到：在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的狭缝时，水波穿过了狭缝，狭缝后面的波纹呈圆形，以缝为圆心沿半径方向向四边传去，好像狭缝就是波源一样。惠更斯C.Huygens荷兰物理学家(1629-1695)一、惠更斯原理波在传播过程中所到达的每
2、一点都可以看做新的波源，从这些点发出球面波的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前。这就是惠更斯原理。1、波面和波线波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面，最前面的波面叫做波前。波面是平面的波称为平面波；波面是圆（球）形的波称为圆（球）形波。波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线．平面波的波线是垂直于波面的平行线；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
3、线,平面波的波线是垂直于波面的平行直线.包络面：一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面。2.平面波的惠更斯原理解释平面波波线t时刻波前Vtt+△t时刻波前波源这些子波的包络面，即为t+△t时刻的波前子波子波源3.圆形波的惠更斯原理解释t时刻波前t+△t时刻波前这些子波的包络面，即为t+△t时刻的波前子波圆形波t+t波源波线Vt子波源利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。例如当波在均匀的各向同性介质中传播时，用上述作图法求出的波面的几何形状总是保持不变的。夏天的雨季，大雨
4、来临前一道闪电过后，接着我们会听到一阵“轰轰隆隆”的雷鸣，说一说这种雷声是怎么形成的．答案：云层积累的大量电荷放电，形成闪电同时发出巨大声音，闪电声在不同云层之间反复反射，所以较长时间内听到“轰轰隆隆”的声音.演示观察水波的反射在水槽的一端放置振动发生器,它的窄条形平板能够周期性地打击水面,产生水波.可以看到,水波传播到挡板后被反射出去.二、波的反射1、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叫做波的反射．2、入射角（i）和反射角（i′）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的
5、夹角i′叫做反射角．3．反射规律入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。1.反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同2.波遇到两种介质界面时，总存在反射注意：4.用惠更斯原理解释波的反射(1)画出两种介质的分界面XY(2)画出入射波线PA、QC(3)画出入射波线的垂线AB即入射波的波前QCPAB(4)量出BC的长度,以此A为圆心,BC长度为半径,画出各子波的包络面,即反射波的波前.(5)经过C点作反射波前的切面CD.CD就是子波的包络面,即为反射波的波前(6)连接AD两点,AD就是反射波线.D
6、Q′ii′i经t后，B点发射的子波到达界面B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。ABacba`c`b`由惠更斯原理，AB为波的一个波面A`B`观察水波的折射在水槽中放入一块厚玻璃板,注意使它的一条边不与波传来方向垂直.然后加水,使水面高过玻璃板.接通电源产生水波,观察水波经过水深不同的区域时传播方向的变化。演示三、波的折射界面2、折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角1、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叫做波的折射.法线3、折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内
7、，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：界面法线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，证毕5.折射率：由于一定的介质中的波速是一定的，所以Ｖ１／Ｖ２是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率．当入射速度大于折射速度(n21>1)时,折射角折向法线.当入射速度小于折射速度(n21<1)时,折射角折离法线.当垂直界面入射时,传播方向不
8、改变,属折射中的特例.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变.波发生折射的原因:是波在不同介质中的速度不同.(2)由于折射率n21故一列波由波速快的介质Ⅰ进入波速慢的介质Ⅱ，波的传播方向会向界面的法线靠近．(1)波在发生反射或折射后，其
