资料简介
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。这种尖叫声在每秒
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
”
导入新课
隐形飞机
F—117
由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。
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。
小资料
波的反射和折射
1.
知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理。
2.
通过实验认识波的反射现象，并能用惠更斯原理进行解释。
3.
通过实验认识波的折射现象，并能用惠更斯原理进行解释。
4.
了解折射率的概念。
教学目标
知识与能力
:
1.
通过画波面图，理解惠更斯原理，培养分析问题的能力。
2.
通过作图，尝试运用惠更斯原理解释波的折射现象，推导折射定律。
过程与方法
:
经过运用惠更斯原理解释波的反射和折射现象，体验从理论上研究物理问题的严谨性。
情感、态度与价值观：
惠更斯原理
波面、波线的概念和用惠更斯原理对波的反射定律和折射定律进行解释。
教学重难点
★
教学重点
★
教学难点
一
.
波面和波线
二
.
惠更斯原理
三
.
波的反射
四
.
波的折射
本节导航
一
.
波面和波线
1.
波面
任何振动状态相同的点组成了一个个圆，这些圆叫一个个波阵面（波面）。
2.
波线
与各个波面垂直的线用来表示波的传播方向，叫做波线。
波面
波面
波线
波线
几种常见的波
二
.
惠更斯原理
克里斯蒂安
·
惠更斯
(ChristianHaygen
，
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。
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，他对力学的发展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。
1.
惠更斯原理内容
介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。
2
．应用
如果知道某时刻一列波的某一波面位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向。
某时刻波面
γ
，按照惠更斯原理
γ
面上的每一个点都是子波的波源，在△
t
时间之后各子波的波面如图中蓝色线所示，蓝色圆半径
v△t
，
γ´
是这些子波波面的包络面，就是原来波面
γ
在时间△
t
后的新位置。
表示新的波面仍是一个平面，向前传播了
v△t
的距离。
平 面 波
´
球面波同理
球 面 波
O
V
△
t
三
.
波的反射
思考：我们知道光有反射现象。机械波是否也具有反射现象呢？
想一想
由
惠更斯原理
可以知道：当机械波到达两种介质的界面时，在界面上会产生子波。子波会向各个方向继续传播，由部分机械波会返回原来的介质继续传播。从而出现机械波的反射现象。
1
． 生活中的反射现象
（
1
）回声是声波的反射现象
。
原因是对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播。
（
2
）夏日的雷声轰鸣不绝
。
原因是声波在云层界面多次反射
。
（
3
）在空房间里讲话声音更响亮。
原因是：声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳。人耳只能分开相差
0.1s
以上的声音。所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果。
（
4
）水波传到岸边也会发生反射现象。
2.
反射定律的推导
一列平面波到达两种介质的界面，入射波的传播方向与界面有一定夹角。
abc
为入射波，
AB
为入射波的一个波面，
A’B’
为子波的包络面。
c
’
A
C
’
B
’
i
’
i
a
b
’
b
c
i
i
’
N
N
B
A
’
a
’
在同一种介质中同列波的波速相等，所以
AA’=BB
。
△AA’B’≌△ABB
’
利用几何余角关系可得
: i=i’
∠AAB’=∠BB’A
c
’
A
C
’
B
’
i
’
i
a
b
’
b
c
i
i
’
N
N
B
A
’
a
’
推导
3.
反射定律
波的反射虽然是由机械波推导出来的 ，但可以适用于
一切波，
包括电磁波，所以光的反射也遵循同一定律。
（
1
）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；反射线和入射线分别位于法线的两侧。
（
2
）反射角等于入射角，即
（
3
）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。
四
.
波的折射
2.
折射角（
r
）
1.
定义
界面
介质
I
介质
II
法线
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。
折射波的波线与两介质界面法线的夹角
r
叫做折射角。
由惠更斯原理，
A
、
B
为同一波面上的两点
3.
用惠更斯原理解释波的折射
经
t
后，
B
点发射的子波到达界面处
D
点，
A
点的到达
C
点
。
4.
折射定律
入射线、法线、折射线在
同一平面内
，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。
波的折射定律虽然是由机械波推导出来的 ，但可以适用于
一切波
，包括电磁波，所以光的折射也遵循同一定律。
5.
折射率
介质
2
相对介质
1
的折射率：
（
1
）当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。
（
2
）当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。
（
3
）当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。
（
4
）在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。
6.
波发生折射的原因
7.
注意
波在不同介质中的速度不同。
动画：水波的折射
1
.
波面
任何振动状态相同的点组成了一个个圆，这些圆叫一个个波阵面（波面）。
2
.
波线
与各个波面垂直的线用来表示波的传播方向，叫做波线。
课堂小结
波面和波线：
介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。
惠更斯原理：
（
1
）反射线、入射线和界面的法线在同一平面内；反射线和入射线分别位于法线的两侧。
（
2
）反射角等于入射角，即
（
3
）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。
反射定律：
入射线、法线、折射线在同一平面内，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。
折射定律：
1.
下述关于声波的传播速度中正确的说法是
( )
A
．声波的频率越高，传播速度越大
B
．声波振幅越大，传播速度越大
C
．声波传播速度只由介质决定
D
．在空气中声速约是
340m
／
s
CD
课堂练习
2 .
空气中的声速是
340m
／
s
，水中声速是
1450m/s
，在空气中波长为
1m
的声波，在水中传播时的波长为
_____
，该声波在铁轨中传播时波长为
14.1m
，那么在铁轨中声速为
________
。
4.2m
4794m/s
3.
一列声波由空气传到水中
( )
A
．频率不变，波长变小
B
．频率不变，波长变大
C
．频率变小，波长变长
D
．频率变大，波长变大
B
查看更多
高中物理选修3-412.4波的反射和折射（人教版）