第2节 波的反射和折射
惠 更 斯 原 理
[先填空]
1．波面和波线
(1)波面：从波源发出的波，经过同一传播时间到达的各点所组成的面，如图2-2-1所示．
球面波 平面波
甲 乙
图2-2-1
(2)波线：用来表示波的传播方向的线，波线与各个波面总是垂直的．
2．波的分类
(1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波．
(2)平面波：波面是平面的波．如水波．
3．惠更斯原理
(1)内容：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面．
(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面．
[再判断]
1．只有平面波的波面才与波线垂直．(×)
2．任何波的波线与波面都相互垂直．(√)
3．任何波的波线都表示波的传播方向．(√)
[后思考]
波面一定是平面吗？根据如图2-2-2思考波线与波面的关系是怎样的．
图2-2-2
【提示】 波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．
[核心点击]
1．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的．
2．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的．
1．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一定不同
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
E．波面可以表示波的传播方向
【解析】 按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故A对，B错．由波面和波线的概念，不难判定C、D正确．只有波线才能表示波的传播方向，E错误．故正确答案为A、C、D.
【答案】 ACD
2．下列叙述中正确的是( )
A．空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆
B．平面波的波线是一条直线，其波线相互平行
C．根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面
D．利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定t＋Δt时刻波面的位置
E．不同波面上的质点振动情况一定不相同
【解析】 球面波的波线沿球面的半径方向，A错误．平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确．由惠更斯原理可知，C正确．利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位差相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故E错误．
【答案】 BCD
利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤
1．确定一列波某时刻一个波面的位置．
2．在波面上取两点或多个点作为子波的波源．
3．选一段时间Δt.
4．根据波速确定Δt时间后子波波面的位置．
5．确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面．
6．由新的波面可确定波线及其方向．
波 的 反 射 和 折 射
[先填空]
1．波的反射
(1)反射现象：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象．
(2)反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．
2．波的折射
(1)折射现象：波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象．
(2)折射定律：＝，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速．
[再判断]
1．反射波的频率、波速与入射波相同．(√)
2．折射波的频率、波速与入射波相同．(×)
3．发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比. (×)
[后思考]
人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁．你能说出其中的道理吗？
图2-2-3
【提示】 当用手附在耳旁时，手就可以反射一部分声波进入人耳，以提高耳的接收能力．
[核心点击]
1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：
波现象
波的反射
波的折射
传播方向
改变 i＝i′
改变r≠i
频率f
不变
不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变
2.回声测距
当声源不动时，声波遇到了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，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声.
3．如图2-2-4所示为一束平面波从介质1进入另一种介质2的情形，则波从介质1进入介质2时波速将________(选填“增大”或“减小”)，其入射角和折射角的正弦之比为________．
图2-2-4
【解析】 由公式＝可知，当v1＞v2时，i＞r，即折射角折向法线，折射角小于入射角；当v1＜v2时，i＜r，即折射角折离法线，折射角大于入射角；＝＝＝.
【答案】 增大
4．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.
(1)该波的频率为__________Hz，在海水中的波速为__________m/s.
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少？
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？
【解析】 (1)由f＝得：f＝ Hz＝340 Hz.因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s.
(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为
s＝v海＝1 530× m＝382.5 m.
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示．
设听到回声的时间为t，则
v物t＋v海t＝2s.
代入数据解得t＝0.498 s.
【答案】 (1)340 1 530 (2)382.5 m
(3)0.498 s
处理波的折射问题的三点技巧
1．弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象．(当波垂直入射时不发生折射现象)
2．抓住入射波与折射波的区别与联系：波的频率相同、波速不同、波长不同．
3．计算时，注意公式“＝”中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系(＝)解决有关波长的问题．
第二节 波的反射和折射
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射
（2）知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同
（3）知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同，掌握入射角与折射角的关系
2、过程与方法：
3、情感、态度与价值观：
教学重点：惠更斯原理，波的反射和折射规律
教学难点：惠更斯原理
教学方法：课堂演示，flash课件
一.引入新课1．蝙蝠的“眼睛”：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。
2．隐形飞机F—117：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。
。
雷达确定目标示意图
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。
一.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．
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．
二.惠更斯原理
荷兰物理学家 惠 更 斯
1.惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。
2.根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。
二.波的反射
1.波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．
2.反射规律
?反射定律：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。
?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夹角i’ 叫做反射角．
?反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．
?波遇到两种介质界面时，总存在反射
三.波的折射
1.波的折射：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．
2.折射规律：
(1).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．
2.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：
?当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.
?当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.
?当垂直界面入射时，传播方向不改变，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．
由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点，A、B点会发射子波，经⊿t后， B点发射的子波到达界面处D点， A点的到达C点，
课件25张PPT。知识点一
知识点二学业分层测评惠 更 斯 原 理传播时间 传播方向 垂直 垂直 平面 新的 新波源 波面 相切 × √ √ 波 的 反 射 和 折 射返回来 法线 法线 等于 传播方向 波在介质Ⅰ 介质Ⅱ √ × ×
