1、第十二章 机械波,6 惠更斯原理,1.知道什么是波面、波线，知道波的反射、折射现象 2.知道惠更斯原理及对波的反射、折射和衍射现象的解释 重点难点： 用惠更斯原理解释反射、折射、衍射现象,学习目标：,金属丝周期性触动水面，可以看到：水波形成圆形的波纹从波源向周围传播。,用长方形直条作为波源拍击水面：产生直线波纹的水波。,圆和直线表示波的波峰（或波谷）,圆形波纹,直线波纹,一、波面、波前和波线,波面：从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，叫做波面。同一波面的各质点，振动情况完全相同。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：表示波的传播方向的带箭头的
2、线。,波前：,最前面的波面叫做波前。,缝宽与水波的波长相当，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周围传去，好像狭缝就是波源一样。,缝缝与水波的波长相当,克里斯蒂安惠更斯 (Christian Huygens， 16291695)荷兰物理学家、 数学家、天文学家。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。,二 、惠更斯原理,1.内容：波在传播过程中所达到的每一点
3、都可以看做新的波源，从这些点发出的球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前。(一些几何图形的公切面，被称为这些图形的包络面),t 时刻的波前,子波波源,2.应用：a.确定下一时刻平面波的波面,t+t 时刻的波前,b.确定下一时刻球面波的波面,t+t时刻的波前,t 时刻 的波前,子波波源,作用 ：由已知的波面通过几何作图方法确定下一时刻平面波、球面波等的波面，根据两者（波线与波面）的垂直关系，从而确定波的传播方向，所以惠更斯原理又叫惠更斯作图法。,反射角i：反射波的波线与法线的夹角,波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象,规律（与光的反射定律相同）：
4、 1.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 2.反射角等于入射角 3. 反射波的波长、频率、波速与入射波相同,入射角i：入射波的波线与法线的夹角,三、波的反射,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。,由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点， A、B为同一波面上的两点。,波的反射定律证明,18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰 扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠 是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置 的。这种尖叫声频率在2万到10万赫兹之 间，我们的耳朵对这样频率范围内的声 波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然
5、后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。,蝙蝠的“眼睛”,隐形飞机F117,雷达确定目标示意图,雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。,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偏折的现象叫做波的折射,四、波的折射,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,经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的子波到达C
6、点,波的折射规律的推导,（1）入射线、法线、折射线在同一平面内； （2）入射线与折射线分局居法线两侧；,（3）入射角正弦与折射角正弦之比等于波在第一种介质中传播速度与在第二种介质 中传播速度之比：,（4）在折射中，频率不变，波速和波长都会发生改变。,只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数。,波折射的规律（与光的折射定律相同）,1.当v1v2时，ir，即折射线靠拢法线； 当v1v2时，ir，即折射波线远离法线。,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
7、？,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波线与平面波的波面垂直，与球面波的波面不垂直,课堂练习,ABC,2.一列声波在第一种均匀介质中的波长为1，在第二种均匀介质中的波长为2，若122，则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为() A21，11 B12，14 C11，21 D11，12,C,3. 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？,v= f340m/s=0.25fv=0.8f所以 v=1088m/s,4.为了测出海底的深度，现用空气中波长为3.4 cm的超声波向海底定向发射，经过0.8 s，探测仪器收到发射出去的超声波返回的讯号，超声波在海水中的波长为15.3 cm，超声波在空气中的波速为340 m/s，则海底有多深？,看,观,谢,谢,