第02章 第04讲 惠更斯原理 波的反射与折射-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-4）

第4讲　惠更斯原理　波的反射与折射 [目标定位]　1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律． 一、惠更斯原理 1．内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前． 2．应用：根据惠更斯原理，可以用几何作图的方法，由已知的某一时刻波前确定下一时刻波前，从而确定波的传播方向． 二、波的反射 1．定义：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波的反射． 2．反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同． 三、波的折射 1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射． 2．折射定律 波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比．对给定的两种介质，该比值为常数． ＝ 3．结论 (1)当v1＞v2时，i＞r，折射线偏向法线． (2)当v1＜v2时，i＜r，折射线偏离法线． (3)当垂直界面入射(i＝0)时，r＝0，传播方向不变，是折射中的特殊情况. 一、对惠更斯原理的理解 1．惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源．波源的频率与子波波源的频率相等． 2．波线的指向表示波的传播方向． 3．在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直． 4．球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线． 5．利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系． 【例1】　(多选)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．同一波面上的各质点振动情况可能不相同 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 解析　按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确． 答案　ACD 二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速 　　　　波现象 比较项　　　　 波的反射 波的折射 传播方向 改变　θ反＝θ入 改变　θ折≠θ入 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 特别提醒　(1)频率(f)由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同．[来源:学科网] (2)波速(v)由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化． (3)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关，反射波与入射波，频率同，波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同． 【例2】　如图1所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　) 图1 A．2与1的波长、频率相等，波速不等 B．2与1的波速、频率相等，波长不等 C．3与1的波速、频率、波长均相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 解析　反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等，故A、B错；折射波的波长、波速与入射波都不等，但频率相等，故C错，D正确． 答案　D 针对训练　同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图2所示．以下说法正确的是(　　) 图 2 A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线 B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线 C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线 D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线 解析　波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度．由v＝λf知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A正确． 答案　A 三、反射现象的应用 1．回声测距：(1)当声源不动时，声波遇到了静止的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. (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