在北京天壇公園內(nèi)，有一處著名的古建筑——回音壁。
作為一種運動的形式，波既具有一般運動的普遍規(guī)律，又具有區(qū)別于其他運動形式的特殊規(guī)律?，F(xiàn)在，我們一起來學習與波的傳播特性有關的現(xiàn)象和規(guī)律。
水波實驗(1)取一水波槽，在槽里倒入約2cm深的水。用鉛筆筆頭持續(xù)觸動槽中心的水面，保持大約每秒觸動兩次的速率，可產(chǎn)生水波[圖3-20(a)]。
(2)將刻度尺橫放，在槽中水面上來回推動，也會不斷地產(chǎn)生水波「圖3-20(b)]。請描述你所觀察到的波形。
如何描述這兩種波呢?通常，我們把從波源發(fā)出的波經(jīng)過相同傳播時間到達的各點所組成的面，稱為波陣面或波面。
實驗中產(chǎn)生的水波，每一道水波紋就是個波面。波面是球面的波稱為球面波，波面是平面的波稱為平面波。
用來表示波的傳播方向的線稱為波線，波線與各個波面總是垂直的(圖3-21)。
波在均勻介質(zhì)中傳播時，波面的形狀不變，波線保持為直線，波的傳播方向也不變，當波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)表面時，又是怎樣的情形呢?我們通過一個實驗來觀察。
水波的反射如圖3-22所示，
在水波槽中放一塊長木板:用振動片激發(fā)產(chǎn)生水波，使水波的傳播方向與長未板約成45°角。可以看到，從波源發(fā)出的水波遇到長木板后，波的傳播方向發(fā)生了變化。
實驗發(fā)現(xiàn)，從波源發(fā)出的水波向前傳播，遇到長木板后產(chǎn)生反射，水波向右傳播。物理學中，把波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)表面時，返回原來介質(zhì)傳播的現(xiàn)象稱為波的反射。
回音壁就是利用了聲波的多次反射。在空曠的山谷能聽見回音，也是聲波的反射現(xiàn)象。
波在遇到障礙物發(fā)生反射時，入射波的波線與反射面法線的夾角稱為入射角，反射波的波線與反射面法線的夾角稱為反射角。實驗表明，反射波的波長、頻率和波速都與入射波的相同。
波的反射遵循反射定律:反射波的波線、人射波的波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波的波線和入射波的波線分別位于法線兩側，反射角等于入射角(圖3-23)
聲 吶聲吶是一種聲音導航和測距系統(tǒng)，它利用了聲波反射的原理。聲吶裝置發(fā)出一末在水中傳播的聲波，當聲波碰到障礙物時，就被反射回來。
反射的聲波被聲吶裝置檢測到，通過測量聲波從發(fā)射到返回經(jīng)歷的時間便可計算出聲波傳播的距離，從而間接測得物體的位置。
聲吶被廣泛應用于魚群探測(圖3-24)、海洋石油勘探、船舶導航、水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等方面。
波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波線會偏折。物理學中，我們把波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，稱為波的折射。
如圖 3-25 所示，在波的折射中，入射波的波線與法線的夾角稱為入射角，用i表示。
折射波的波線與法線的夾角稱為折射角，用r表示。進一步的研究表明，人射角和折射角與波速之間有如下關系v1 和 v2 分別是波在介質(zhì)I和介質(zhì)II中的波速
惠更斯原理在總結了許多實驗現(xiàn)象的基礎上，荷蘭物理學家惠更斯提出:介質(zhì)中波面上的每一個點，都可視為一個新的波源。這些新波源發(fā)出子波，經(jīng)過一定時間后，這些子波的包絡面就構成下一時刻的波面。這就是惠更斯原理。
所謂包絡面，就是某時刻與所有子波波面相切的曲面。根據(jù)惠更斯原理，我們可解釋球面波的波面是如何形成的。如圖3-26所示，點波源O發(fā)出的波在t時刻的波面是一個球面S，該球面上的每一個點都可視為一個新的點波源，它們各自發(fā)出球面子波，下一時刻(t+τ)新的波面S’，就是與這些子波波面相切的包絡面。
用惠更斯原理能很好地解釋波的反射規(guī)律和折射規(guī)律。
1.某旅游者走過一個山谷，他拍手后經(jīng)過0.5s聽到右側山坡反射回來的聲音，經(jīng)過 1.5 s聽到左側山坡反射回來的聲音。這個山谷的寬度大約是多少?(聲音在空氣中的傳播速度約為 340 m/s)
2.下列說法正確的是A.潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，利用了波的反射原理B.隱形飛機的表面涂上特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的
C.雷聲轟鳴不絕是聲波的多次反射形成的D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)時傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象
3.一列機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生了偏折。下列相關物理量也會發(fā)生變化的是A.波速B.波長C.頻率D.周期

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第2節(jié) 波的反射和折射

版本： 魯科版 (2019)

年級： 選擇性必修 第一冊

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