折射波

3波的反射、折射和衍射[学习目标] 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。

2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。

一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射规律：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。

2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。

(2)水波的折射：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。

1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？答案在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中传播，波速不同，波长也不同。

2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？答案不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。

波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。

(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。

(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝vf可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝vf可知波长变长，反之变短。

例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。

当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m ，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s 。

(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s ，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。

折射波时距曲线折射波时距曲线是地球物理勘探中非常重要的一种工具，它是根据地下反射和折射波的传播特性绘制出来的一条曲线。

以下为详细介绍：一、什么是折射波时距曲线？折射波时距曲线是地球物理勘探中绘制出来的一种曲线，它记录了地下不同深度处的反射和折射波在不同时间到达地面的时刻。

折射波时距曲线是通过地震勘探技术获取得到的。

当能量在地下传播时，它会受到地下不同介质的反射和折射，通过这种反射和折射波，地球物理勘探人员能够得知地下结构信息。

折射波时距曲线的绘制，可以通过对反射和折射波的时间差进行计算和分析来完成。

二、折射波时距曲线的应用折射波时距曲线广泛应用于地球物理勘探中，可以看出地下含油含气层的深度和存在情况。

由于地下介质的不同，经过折射和反射波的能量会到达地面上不同的时间，经过分析后，可以得到地下不同深度的结构信息。

折射波时距曲线在地震探测、石油勘探、工程勘探等方面都有着广泛的应用。

三、折射波时距曲线的绘制原理折射波时距曲线的绘制，需要使用地震仪器和检波器进行，首先需要在地面上设置震源和检波器，采用震源发射能量，经过地下的介质，能量被反射或折射，最终到达地面上的检波器，通过记录不同时间到达的能量，建立时距曲线，以推断地下的结构。

四、折射波时距曲线的意义折射波时距曲线作为地下结构勘探中的重要工具，能够帮助工程师和地质学家快速了解地下的结构和空间分布，通过分析曲线的形态和信息，可以更准确地定位和分析岩石类型和含油含气层等地下信息。

五、结论折射波时距曲线是地球物理勘探中必不可少的重要工具，它极大地帮助勘探人员了解地下结构，推断地下存在的岩石和油气等物质。

在未来，折射波时距曲线将更广泛地应用于资源勘探、地质工程、地震学以及其他相关领域。

折射波折射波⼀、特殊情况下的时距曲线(⼆)隐伏层假定下层波速⼤于上层且有⼀定层厚度作为产⽣返回地表的折射波的条件.但实际情况并⾮都是如此.若地层中出现低速夹层,或速度递增,但其中某层的厚度很⼩时,折射波不能以初⾄波的形式出现在地震记录上,⽤折射法的勘测时不能记录到该层的存在.故称该层为”隐伏层”.有时当某层的速度⼤于其上下地层的速度时,将出现⾼速屏蔽。

1.⽔平层状介质中的低速层然⽽ ,如果存在321V V V ??;(且13V V ?)的层状介质,则时距曲线将发⽣很⼤变化.由于在21/V V 的分界⾯上不能产⽣折射波,没有2V 低速度的初⾄波的地震记录.并从时距曲线上看只相当于两层介质,即存在低速度层异常的情况.此时若⽆钻孔或波速测井等相应的资料来验核,就很容易把三层介质作为两层介质。

从⽽把3V 当作2V ，把02t 当01t ，⽽造成深度计算上的较⼤误差。

因此，在有低速层存在的地区进⾏折射法⼯程勘测时，应该有钻孔资料，夺震波速测井或其他物探资料配合，才能进⾏解释，⽽得出正确的结果。

2.正常速度中的隐伏层这种隐伏层，是在各层速度的分布满⾜了n V V V Λ21的关系，但基中某层的厚度较⼩，使得该层与下层介质的分界⾯产⽣的折射波不能以初⾄波的形式出现在记录上，导臻资料处理时地层缺失或深度上的较⼤误差。

我们以三层模型讨论隐伏层的基本特性。

如图1图1 隐伏层地质模型图所⽰：在a 图中，第⼆层⾜够厚，时距曲线中2V 层就有⼀定长度的⼀段初⾄区与该层相对应。

当第⼆层厚度减⼩时，时距曲线上与第⼆层相应的初⾄区线段长度与变短，图b 所⽰。

如果第⼆层的厚度进⼀步减少，如图c 所⽰，第⼀层和第三层所对应的时距曲线同时通过了⼀点，与第⼆层对应初⾄区的时距曲线消失了，时距曲线上不能反映第⼆层介质的存在，故将此厚度定义为盲带。

从理论上讲，它是该层不能以初⾄形式探测到的最⼤厚度。

如图d 所⽰，第⼆层的厚度进⼀步减⼩时，则定义这样鹌鹑2的地层为隐伏层。

波的折射与反射在电力系统中，我们常常会遇到下列情况：线路末端与另一不同波阻抗的线路相连，如一架空线与一电缆线相连接；线路末端接有集中参数阻抗（如电阻、电容、电感或者它们的组合）等。

在这些情况下，当线路上有行波传播且到达两个不同波阻抗的连接点或者到达接有集中参数的接点时，将会发生什么情况呢？这就是本节要讨论的主要问题，下面以两条不同波阻抗线路相连接的情况为例子来讨论。

2.2.1 行波的折、反射规律若具有不同波阻抗的两条线路相连接，如图2-5，连接点为0A 。

现将线路1z 合闸于支流电源0U ，合闸之后沿线路 1z 有一与电源电压相同的前行电压波110()q q u u U 自电源向结点A 传播，到达结点A 遇到波阻为2z 的线路，根据前一节所述，在结点A 前后都必须保持单位长度导线的电场能与磁场能都相等的规律，但是由于线路1z 与2z 的单位长度电感与对地电容都不相同，因此当1q u 到达A 点时必然要发生电压、电流的变化，也就是说，在结点A 处要发生行波的折射与反射，反射电压波1f u 自结点A 处要发生行波的折射与反射，反射电压波1f u 自结点A 沿线路1z 返回传播，折射电压波则自结点A 沿线路2z 继续向前传播。

显然，此折射电压波也就是线路2z 上的前行电压波，以2q u 表示。

通过下面的分析，可以求得反射电压波1f u 和折射电压波2q u 。

图2-5 行波在结点A 的折射与反射假设折射电压波2q u 尚未到达线路2z 的末端，即线路2z 上尚未出现反行电压波，一般的说法是2q u 虽然已经到达2z 的末端，线路2z 上已经出现反行电压波，但此反行电压尚未到达结点A 。

对于线路1z ：111111;q f q f u u u i i i =+=+ 111111;q q f f u z i u z i =⋅=-⋅对于线路2z ，因2z 上的反行电压波20f u =，故22q u u = 22q i i =222q q u z i =（也即222u z i =）在结点A 处只能有一个电压和电流值，故1212;u u i i ==于是得112q f q u u u +=（2-13）112q f q i i i += （2-14）将（2-14）化为下式112112q f q u u u z z z -=即 11122q f qz u u u z -=（2-15）将式（2-13）与（2-15）相加，得11222(1)q q z u u z =+故 2211122q q u q z u u u z z α==+（2-16）2121112121222q q q q i q u z i u i i z z z z z α===⋅=++（2-17） 将2q u 代入式（2-13）可得221121111112122f q q q q q u q z z zu u u u u u u z z z z β-=-=-==++ （2-18）121121111111212()f f q q i qu z z z zi u i i z z z z z z β--=-=-⋅==++（2-19）式中2122u z a z z =+表示线路2z 上的折射电压波2q u 与入射电压波1q u 的比值，称为电压折射系数，同理，1122i z a z z =+称为电流折射系数。

折射波一、特殊情况下的时距曲线(二)隐伏层假定下层波速大于上层且有一定层厚度作为产生返回地表的折射波的条件.但实际情况并非都是如此.若地层中出现低速夹层,或速度递增,但其中某层的厚度很小时,折射波不能以初至波的形式出现在地震记录上,用折射法的勘测时不能记录到该层的存在.故称该层为”隐伏层”.有时当某层的速度大于其上下地层的速度时,将出现高速屏蔽。

1.水平层状介质中的低速层然而 ,如果存在321V V V 〈〉;(且13V V 〉)的层状介质,则时距曲线将发生很大变化.由于在21/V V 的分界面上不能产生折射波,没有2V 低速度的初至波的地震记录.并从时距曲线上看只相当于两层介质,即存在低速度 层异常的情况.此时若无钻孔或波速测井等相应的资料来验核,就很容易把三层介质作为两层介质。

从而把3V 当作2V ，把02t 当01t ，而造成深度计算上的较大误差。

因此，在有低速层存在的地区进行折射法工程勘测时，应该有钻孔资料，夺震波速测井或其他物探资料配合，才能进行解释，而得出正确的结果。

2.正常速度中的隐伏层这种隐伏层，是在各层速度的分布满足了n V V V 〈〈〈Λ21的关系，但基中某层的厚度较小，使得该层与下层介质的分界面产生的折射波不能以初至波的形式出现在记录上，导臻资料处理时地层缺失或深度上的较大误差。

我们以三层模型讨论隐伏层的基本特性。

如图1图1 隐伏层地质模型图所示：在a 图中，第二层足够厚，时距曲线中2V 层就有一定长度的一段初至区与该层相对应。

当第二层厚度减小时，时距曲线上与第二层相应的初至区线段长度与变短，图b 所示。

如果第二层的厚度进一步减少，如图c 所示，第一层和第三层所对应的时距曲线同时通过了一点，与第二层对应初至区的时距曲线消失了，时距曲线上不能反映第二层介质的存在，故将此厚度定义为盲带。

从理论上讲，它是该层不能以初至形式探测到的最大厚度。

如图d 所示，第二层的厚度进一步减小时，则定义这样鹌鹑2的地层为隐伏层。