12.6-惠更斯原理PPT课件.ppt

引言 波在各向同性的均匀介质中传播时，波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波振面形状、波的传播方向等均保波速、波振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，如果波在传播过程中遇到持不变。但是，如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等都要发波振面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。在这种情况下，要通过求解波动方现象。在这种情况下，要通过求解波动方程来预言波的行为就比较复杂了。惠更斯程来预言波的行为就比较复杂了。惠更斯原理提供了一种定性的几何作图方法，在原理提供了一种定性的几何作图方法，在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。题。1.12.6 12.6 惠更斯原理惠更斯原理2.一、波面和波线一、波面和波线波面波面：振动状态相同振动状态相同的质点组成的的质点组成的面面。水波的波面是。水波的波面是一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以波源为一个个圆；空间一点发出的球面波，波面是以波源为球心的一个个球面；对于平行光（光也是一种波）波球心的一个个球面；对于平行光（光也是一种波）波面是平面面是平面 (类比等势面）。类比等势面）。波线波线：与波面垂直的线，与波面垂直的线，表示波的传播方向表示波的传播方向波面波线波面波线波面和波线的关系：波面和波线的关系：垂直垂直（类似电场线与等势面的关系）（类似电场线与等势面的关系）3.二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 内容内容：介质中任意波面上的介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻后任意时刻,这些子波在波前进方向这些子波在波前进方向的包络面是新的波面的包络面是新的波面 惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯 (Christian Huygens(Christian Huygens(Christian Huygens(Christian Huygens，16291695)16291695)16291695)16291695)荷兰物理学家、数学家、天文荷兰物理学家、数学家、天文荷兰物理学家、数学家、天文荷兰物理学家、数学家、天文学家。学家。学家。学家。1655165516551655年获得法学博士学位。年获得法学博士学位。年获得法学博士学位。年获得法学博士学位。1663166316631663年成年成年成年成为伦敦皇家学会的第一位外国会员。对力学为伦敦皇家学会的第一位外国会员。对力学为伦敦皇家学会的第一位外国会员。对力学为伦敦皇家学会的第一位外国会员。对力学和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天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，是近代自然科学文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学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。的一位重要开拓者。的一位重要开拓者。的一位重要开拓者。(1)(1)(1)(1)行进中的波面上任意一点都可行进中的波面上任意一点都可行进中的波面上任意一点都可行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；看作是新的子波源；看作是新的子波源；看作是新的子波源；(2)2)2)2)所有子波源各自向外发出所有子波源各自向外发出所有子波源各自向外发出所有子波源各自向外发出许多子波；许多子波；许多子波；许多子波；(3)(3)(3)(3)各个子波所形成的包络面，各个子波所形成的包络面，各个子波所形成的包络面，各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所就是原波面在一定时间内所就是原波面在一定时间内所就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。传播到的新波面。传播到的新波面。传播到的新波面。4.t 时刻的波面t+t时刻的波面子波波源tv二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 确定下一时刻平面波的波面确定下一时刻平面波的波面5.确定下一时刻球面波的波面确定下一时刻球面波的波面.子波波源子波波源t+t时刻时刻的波面的波面t 时刻时刻的波面的波面tu二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 6.作用作用：由已知的波面通过几何作图：由已知的波面通过几何作图方法方法确定下一时刻确定下一时刻平面波、球面波等的平面波、球面波等的波面波面，根据两者垂直关系，从而，根据两者垂直关系，从而确定波确定波的传播方向的传播方向。二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 7.解释解释解释解释波的衍射波的衍射波的衍射波的衍射 波达到狭缝处，缝上各点波达到狭缝处，缝上各点波达到狭缝处，缝上各点波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包都可看作子波源，作出子波包都可看作子波源，作出子波包都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波面。在缝的边络，得到新的波面。在缝的边络，得到新的波面。在缝的边络，得到新的波面。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。缘处，波的传播方向发生改变。缘处，波的传播方向发生改变。缘处，波的传播方向发生改变。只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，所以只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，所以只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，所以只能解释波的传播方向，不能解释波的强度，所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。局限性局限性8.三、波的反射三、波的反射 反射角反射角ii：反射波的波线与平面法线的夹角：反射波的波线与平面法线的夹角入射角入射角i i：入射波的波线与平面法线的夹角：入射波的波线与平面法线的夹角波遇到障碍物时会返回继续传播的现象波遇到障碍物时会返回继续传播的现象 法线法线平面平面 规律（与光的反射定律相同）：规律（与光的反射定律相同）：1 1、入射线、法线、反射线在同一平面内，入、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射角等于反射角射角等于反射角 2 2、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同同9.经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处B点，点，A A点发射的子波到达点发射的子波到达AA点点。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。三、波的反射定律证明三、波的反射定律证明 ABacbacb由惠更斯原理，由惠更斯原理，A A、B B为同一波面上的两点为同一波面上的两点证毕证毕AB10.生活中反射现象的思考生活中反射现象的思考1回声是声波的反射现象回声是声波的反射现象 对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，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会被反射回来继续传播2夏日的雷声轰鸣不绝夏日的雷声轰鸣不绝声波在云层界面多次反射声波在云层界面多次反射3在空房间里讲话感觉声音响在空房间里讲话感觉声音响 声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生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，反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳原声与回声几乎同时到达人耳人耳只能分开相差人耳只能分开相差0.1s以上的声音以上的声音所以，在房间所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果影响室内的声响效果11.界面界面介质介质I I介质介质IIII四、波的折射四、波的折射 折射角（折射角（r）：）：折射波的波线与法线的夹角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播方向发生了改变的现象法线法线12.四、波的折射四、波的折射 折射定律：折射定律：入射线、法线、折射线共面，入射线与折入射线、法线、折射线共面，入射线与折射线分居法线两侧入射角、折射角的正弦比射线分居法线两侧入射角、折射角的正弦比等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比折射的原因：波在不同介质中速度不同折射的原因：波在不同介质中速度不同折射率折射率13.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，证毕证毕四、波的折射定律证明四、波的折射定律证明14.1.1.当入射速度大于折射速度时，折射波线靠拢当入射速度大于折射速度时，折射波线靠拢法线；当入射速度小于折射速度时，折射波线法线；当入射速度小于折射速度时，折射波线远离法线。远离法线。2.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例射中的特例3.在波的折射中，波的频率不改变，波速、波在波的折射中，波的频率不改变，波速、波长都发生改变长都发生改变注意：注意：猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，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？那光是波或波是光呢？15.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一对波线、波面的认识对波线、波面的认识例例例例1 1AD16.变变式式训训练练1关关于于对对惠惠更更斯斯原原理理的的理理解解，下下列列说说法正确的是法正确的是()A同一波面上的各质点振动情况完全相同同一波面上的各质点振动情况完全相同B同同一一振振源源的的不不同同波波面面上上的的质质点点的的振振动动情情况况可可能相同能相同C球面波的波面是以波源为中心的一个个球面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无论怎样的波，波线始终和波面垂直ACD 17.例例例例2 2 如如图图甲甲所所示示是是在在高高速速公公路路上上用用超超声声波波速速度度仪仪测测量量车车速速的的示示意意图图，测测速速仪仪固固定定并并正正对对被被测测物物发发出出和和接接收收超超声声波波脉脉冲冲信信号号，根根据据发发出出和和接接收收到到的的信信号号的的时时间间差差，测测出出被被测测物物体体的的速速度度图图乙乙是是测测量量仪仪记记录录脉脉冲冲信信号号得得到到的的纸纸带带，p1、p2表表示示测测速速仪仪发发出出的的超超声声波波信信号号，n1、n2表表示示p1、p2经经汽汽车车反反射射回来回来的信号的信号类型二类型二波的反射现象的应用波的反射现象的应用18.设设记记录录时时纸纸带带匀匀速速移移动动，p p1 1、p p2 2之之间间的的时时间间间间隔隔t1.0 s，超超声声波波在在空空气气中中传传播播的的速速度度是是v340 m/s，若若汽汽车车是是匀匀速速行行驶驶的的，则则根根据据图图乙乙可可知知，汽汽车车在在接接收收到到p1、p2两两个个信信号号之之间间的的时时间间内内前前进进的的距距离离是是多多少少？汽汽车车的速度是多大？的速度是多大？19.【思思路路点点拨拨】超超声声波波遇遇到到障障碍碍物物会会反反射射回回来来从从发发出出超超声声波波到到收收到到超超声声波波的的时时间间就就是是波波来来回回运运动动的的时间，而中间时刻就是跟物体相遇的时刻时间，而中间时刻就是跟物体相遇的时刻20.【答案答案】17 m17.9 m/s21.C22.23.