3.4-3.6波的反射和折射、多普勒效应 课件-2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

第4节 波的反射与折射 如图甲，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。 在水波槽中，直线形水波遇到直线界面反射后的波形如图 （a）所示。 圆形水波遇到直线界面反射后的波形仍然为同心圆形，如图 （b）所示。 如图乙， 当水波遇到挡板时会发生反射（reflection）。如果用一条射线代表水波的入射方向（入射线），用另一条射线代表水波的反射方向（反射线），我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。 反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 波的反射 如图甲，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。 波的折射 我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，机械波会发生折射吗？ 理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射（refraction），如图所示。如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。 水波的折射 海浪为何总朝着海岸运动呢？ 6 一.波动中的几个概念 1. 波面： 在波的传播过程中，振动相位相同的点组成的面。 平 面 波 3. 波线： 沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波的传播方向。 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 波线与波面垂直。 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） 二.惠更斯原理 内容：介质中任意波面上的各点都可看做新的波源。从这一点发出球面形状的子波，其后任意时刻,这些子波波前的包络面就是新的波面。 克里斯蒂安·惠更斯 (Christian Huygens，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） t Δ + t 时刻的波面（波前） 子波波源 t v Δ 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 t Δ + t 时刻 的波面 t 时刻 的波面 t v Δ 波的反射定律证明： A B a c b a` c` b` 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B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。 证毕 A` B` 在波的反射中，波的频率、波速、波长都不发生改变。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12 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。 证毕 波的折射定律证明： 折射的原因：波在不同介质中速度不同 在波的折射中，波的频率不改变，波速、波长都发生改变。 第6节 多普勒效应 一、多普勒效应 当汽车向你驶来时，感觉音调变高；当汽车离你远去时，感觉音调变低。 （音调由频率决定，频率高音调高，频率低音调低） 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者测得的频率与波源频率不同的现象叫做多普勒效应． 现象： 多普勒效应： 二、多普勒效应的成因 声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。 观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。 1、当波源和观察者相对介质都静止不动 即二者没有相对运动时 单位时间内波源发出几个完整波数目，观察者在单位时间内就接收到完整波数目，观察者接收到的频率等于波源的频率。 二、多普勒效应的成因 图1：波源 S 和观测者 A 都不动， 设波源频率为20 Hz， 则波源每秒发出 20个完整波， 观测者每秒接收到 20个完整波。 当观测者朝着波源运动时，它在单位时间内接收到的完整波数目增多，表明测得的频率大于波源振动的频率。 当观测者远离波源运动时，它在单位时间内接收到的完整