2019年江苏高二物理课件 惠更斯原理与波的反射和折射

利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几 何作图方法确定下一时刻的波面，从而确定波 的传播方向。例如当波在均匀的各向同性介质 中传播时，波面的几何形状总是保持不变的。
三、波的反射
波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象 叫做波的反射．
法线
i i'
入射角（i）：
平面
入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角 反射角（i’）：
v1 v2
四、波的折射 波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同 注意： 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
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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
法线
i
介质I
介质II
界面
r
四、波的折射
用惠更斯原理解释波的折射
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，
sin i BD v1 t AD AD
sin r AC v 2 t AD AD
荷兰物理学家 惠更斯
二 、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t +Δt 时刻的波面
vΔt
.........
子波波源
t 时刻的波面
二 、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面
t +Δt 时刻
的波面
uΔt
t 时刻
的波面
.
.. . . . ..
.
.. . . . ..

在图中用绿线表示. （3）画出各子波波前的包络面，即反射波的波前.
作在t2时刻各子波波前的切面CD，CD就是子波的包络面，即为反射波
的波前. （4）作出反射线，即垂直于反射波波面的直线.
入射点A与切点D相连，AD即为反射线，与法线的夹角i'为反射角.
通过以上的步骤的分析，我们可以得到波的反射遵循的规律，即为反 射定律.
波线 波面
波线
波面
从实验中可以看到：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，以狭缝为圆心沿半径方向向周边 传去，好像狭缝就是波源一样，如图2-4-2所示.
荷兰物理学家惠更斯研究波的现象时，于1690年提 出：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源， 从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波 前的包络面就是新的波前.这就是惠更斯原理.
出的小球面表示子波，这些子波的包
络面，即为t+Δt时刻的波前，图中
用蓝线表示.
球面波
平面波
传 播 方
...
. ut .
传
向
. 波源 .
u t ...
. . .
播 方 向
t 波面
t 波面
t + t 波面
t
t + t 波面
用惠更斯原理确定 下一时刻平面波的波面
t +Δt 时刻的波面
vΔt
... ......
因为 i'DAC i BCA 90
得
i' i
反射定律
入射波的波线
入射波的波面
反射波的波面
反射波的波线
反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时， 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，而且反射角等于入射角；反射 波的波长、频率和波速都与入射波相同.

r
2cos i sin r sin(i r)
当电磁波垂直入射时，存在
幅度反射系数 r// (n2 n1) (n2 n1) r
强度反射系数 R RII (n2 n1) (n2 n1) 2
惠更斯
惠更斯原理
S2 S1
新波阵面
原波阵面
t+Dt 时刻
障碍物的小孔成为新的波源
uDt
t 时刻
惠更斯原理
t 时刻波面 t +Dt 时刻波面
· ·
· 波传播方向
· ·
uDt
平面波
·
a·
·
t + Dt
·t · · · ·
·
·
·
·
·
·
·
· ·
球面波
·
2. 波的衍射
当波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向绕过障碍 物发生偏折的现象，称为波的衍射。
1' 0
当 z1 ，z2 ei1 ' 1
1' 半波损失
强度反射系数：反射波强度与入射波强度之比。
R
z1 2 A1'2 z1 2 A12
2 2
A12 A12
2
z1 z2 z1 z2
T
z2 2 A22 z1 2 A12
2 2
z2 A22 z1 A12
4z1z2 (z1 z2 )2
§16-6 惠更斯原理 波的衍射反射和折射
1. 惠更斯原理
波在弹性介质中运动时,任一点P 的振动,将会引 起邻近质点的振动。就此特征而言，振动着的 P 点 与波源相比，除了在时间上有延迟外，并无其他区 别。因此，P 可视为一个新的波源。1678年，惠更 斯总结出了以其名字命名的惠更斯原理：

折射定律描述了光在不同介质中传播时，传播方向发生变化的现象，而惠更斯原 理能够解释这一现象的内在机制。
折射定律在惠更斯原理中的应用
折射定律指出，当光从一种介质进入另一种介质时，传播方 向会发生改变，入射角和折射角满足一定的关系。
在惠更斯原理中，光波在传播过程中遇到不同介质时，会因 为介质对光波的折射率不同而发生绕射和反射等现象，这些 现象可以用折射定律来描述和计算。
2. [文献2]
重点研究了惠更斯原理与折射定律之间的关系，通过实验数据验证了折
射定律的正确性。该文献还讨论了惠更斯原理在光学仪器设计和制造中
的应用。
03
3. [文献3]
从现代物理学的角度出发，重新审视了惠更斯原理的基本假设和推导过
程。该文献对惠更斯原理的现代意义和局限性进行了深入探讨，为进一
步研究提供了新的思路和方向。
折射现象不仅存在于透明介质之间，还存在于其他类型的介质
之间，如气体、液体和固体等。
折射定律的数过实验观察和理论推导，可以得到 折射定律的数学表达式，即入射角和 折射角之间的关系。
折射定律适用于所有类型的介质交界 处，包括气体、液体和固体等，是光 学中非常重要的基本规律之一。
对未来研究的展望
探索新应用
深入研究机理
随着科技的不断发展，惠更斯原理和折射 定律有望在新的领域得到应用，如量子光 学、生物医学光学和纳米光学等。
对于光波传播的机理和光与物质相互作用 的过程，仍有许多未知的领域需要深入研 究，这需要科学家们不断探索和创新。
提高实验精度
跨学科合作
随着实验技术和测量手段的不断进步，有 望进一步提高惠更斯原理和折射定律实验 验证的精度和可靠性。
THANKS
谢谢
惠更斯原理是波动理论中的一种基本 原理，它解释了波的传播和散射现象 ，为研究波的传播和散射提供了重要 的理论基础。

N
N
L
I
D
d
A3
i 2d 3
i
d 3 i
A
B1 B2 B3
时刻 t+△t
3.反射规律：反射波的波长、频率、波 速都跟入射波相同．
4. 应用：测回声
四、波的折射
1 定 义 ： 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．折射定律： （1）折射角（r）：折射波的波线与两介
用惠更斯原理解释波的反射
在时刻t，波面与图面的交线AA3到达图示的位置，A点 和界面相遇。此后AA3上个点将依次到达界面。
设经过相等的时间此波阵
面与图面的交线依次与分
界面在B1、B2、B3相遇，
而在 t t，A3点到达B3
点。
N
N
I
i
A2 A3 A1 d i
i
A B1 B2 B3
时刻 t
做出此时刻界面 上各点发出的子 波的包迹。因为 波在同一介质中 传播，速度不变，
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 与 折射角的正弦之 比等于波在第一种介质中的速度 与 波在 第二种介质中的速度之比。
sin i v1 sin r v2
提问与解答环节
Questions And Answers
18
17
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal

②入射线与折射线分居法线两侧。
法线 i
r 界面
③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。比值为常数，即折
射率。
折射率
第2种介质 对第1种介
质的折射率
用惠更斯原理解释波的折射 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 经△t后， A点发射的子波到达界面上的 A’点，B点发射的子波到达B’点
①频率f由波源决定 ，故无论是反射波 还是折射波都与入 射波的频率，即波 源的振动频率相同 。
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高中物理选择性必修1 第三章 机械波
波的反射、折射和衍射
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教学目标 知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理。 认识波的反射现象，并能用惠更斯原理进行解释。 认识波的折射现象，并能用惠更斯原理进行解释。
教学目标
通过管擦汗水波的衍射现象，认识衍射现象的特征 知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件 知道衍射现象是波特有的现象
惠更斯原理 知道波面、波线、波前的概念。 知道惠更斯原理的内容。
波面和波线
波面：在任一时刻，介质中任何振
动
状态（相位）相同的质点
所构
成的面叫做波面。
波前：最前方的那个波面叫做波前。
（对应介质中
表示波的传播方向，叫做 水波的波面是一个个圆
波线。在各向同性的均匀介质中
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。
某个 波面
某时刻与所有子波波前相切的曲面
子波以球面波的方式在介质 中以原波的速度向外传播。 根据惠更斯原理，若已知某一时刻的波面形状及位置 ，便可通过几何作图来确定下一时刻的波面形状和位 置，并确定波的传播方向，从而处理有关波的传播问

律．
◆观察现象：
水面O点有一波源，水波向四周传播。
O
现象：1）水面上形成一列圆形波； 2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰 和波谷的质点所 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。
波线
波线
波面
波面
二．惠更斯原理
(3)物体与声音运动的过程示意图如图2－4－6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 1530 (2)382.5 m (3)0.498 s
随堂练习
习题1：一列波从一种介质进入另一种介质， 下列说法正确的是 （ BC）
A．频率发生变化 B．波速发生变化 C．波长发生变化 D．频率、波速、波长都发生变化
三、波的折射 1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种 介质时，波的传播方向发生_偏__折___的现象． 2．折射定律：波从第一种介质进入第二种介质分界
面处会发生折射现象，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_波__速__跟第二种介 质中的_波__速___之比，即ssiinnri ＝vv12.这就是波的折射定
惠更斯原理的应用：
用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t +Δt 时刻的波面
vΔt
.........
子波波源
t 时刻的波面
惠更斯原理的应用：
用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面
t +Δt 时刻
的波面
t 时刻
的波面
.
vΔt .. . . . ..
.
.. . . . ..
子波波源

3.下列现象哪些是利用波的反射的( ) A.手扶耳旁听远处的人说话 B.医生给病人做超声波检查 C.雷达的工作原理 D.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况 答案:ABCD 解析:手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射;超声波检查身体、 潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射;雷达则是利用了电磁波的反 射。
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。
根据这一原理，我们可以用几何 作图的方法，由已知的某一时刻波前 确定下一时刻波前，从而确定波的传 播方向，所以惠更斯原理又叫做惠更 斯作图法.
在图2-4-3中，应用惠更斯原理， 用作图法描绘了平面波、球形波的传 播情况.在图中波的传播速度为v，t时 刻的波前用紫线表示，以波前上的每 一点为球心，以vΔt为半径，作出的 小球面表示子波，这些子波的包络面， 即为t+Δt时刻的波前，图中用蓝线表 示.
射（i=0）时，r=0，波的传播方向不变，是折射中的特殊
情况. 在折射中，波的频率保持不变，波速和波长都会发生 变化，根据 v ，当波进入新的介质后，若波速增大，
f
则波长变大；若波速减小，则波长减小.
波面和波线
惠更斯原理
波的反射
波的折射
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。 注意：同一波面上各质点振动状态相同的 波前：最前面的波面叫波前 波线：表示波的传播方向的，跟各个波面垂直的线 特点：波线与波面互相垂直 波在传播过程中所到达的每一点都可以看作是新的 波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时 刻这些子波波前的包络面就是新的波前。这就是惠 更斯原理 内容：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。 注意：反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同 拆射定律：（ 1 ）波在介质中发生折射时，入射线、 法线、折射线在同一平面内，入射线和折射线分别 位于法线两侧（2） v1 sin i v2 sin 在波的折射中，频率不变，波速和波长都发生改变。

②波线:从波源沿着(yán zhe)波的传播方向画出的带箭头的线称为波线,它
表示波动的传播方向.
(2)惠更斯原理.
①内容:波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源,从这些点发出
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,这就
是惠更斯原理.
②应用:如果已知一列波某时刻波前的位置,还知道波速,根据惠更斯原理
第十页，共十八页。
解析:波的频率取决于波源(bōyuán)的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出
的声波在水中与在空气中传播时频率相同.但机械波在介质中传播的速
度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中
传播的速度.由v=λf知,声波在水中的波长较大,对应于题图中波形曲线b,故
就可以得到下一时刻波前的位置,从而确定波的传播方向.
第三页，共十八页。
2.波的反射
(1)概念:波在传播的过程中,遇到两种介质的分界面时返回到原介质继
续传播的现象叫做波的反射.
(2)反射定律:如图所示,当波传播到两种介质的交界面处发生(fāshēng)反
射时,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
4.惠更斯原理
波的反射(fǎnshè)与折射
第一页，共十八页。
1.知道什么是波面和波线,了解惠更斯原理.
2.认识波的反射与折射现象,并能用惠更斯原理进行(jìnxíng)解释.
第二页，共十八页。
1.惠更斯原理
(1)波面与波线.
①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,最前面的波面叫做波前.
发生偏折的现象(xiànxiàng)叫做波的折射.
(2)实质:波发生折射的原因是在不同介质中波的速度不同.

1234
解析 答案
3.(波的反射和折射)如图4所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质
中发生的现象，已知波在介质Ⅰ中的波速为v1，波在介质Ⅱ中的波速为 v2，则v1∶v2为
A.1∶ 2
√C. 3∶ 2
B. 2∶1 D. 2∶ 3
解析 由折射定律vv12＝ssiinn ri，可知vv12＝ssiinn 6405°°＝ 23，故 C 图4 选项正确.
2.超声波定位 蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙 蝠就依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置，从而确 定飞行方向.另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位和测速的.
例3 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖， 汽车鸣笛2 s后司机听到回声，司机听到回声时汽车距山崖多远？(v声＝ 340 m/s) 答案 325 m
的 传播速度 之比.对给定的两种介质，该比值为常数.
vv12＝ssiinn
i r
(3)结论 ①当v1＞v2时，i＞r，折射线 偏向 法线. ②当v1＜v2时，i＜r，折射线偏离法线. ③当垂直界面入射(i＝0)时，r＝0，传播方向不变，是折射中的特殊情况.
[即学即用] 判断下列说法的正误. (1)在波的传播过程中，介质中所有参与振动的质点都可以看做是新的波源.
2.波的折射
ห้องสมุดไป่ตู้
(1)定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方
向发生偏折的现象叫做波的折射.
(2)折射定律
波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在_同__一__平__
__面__内，入射线与折射线分别位于 法线 两侧，入射角的正弦值与折射角