4　惠更斯原理　波的反射与折射
1．理解惠更斯原理．
2．知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射．
3．知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同．
4．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系．   
一、惠更斯原理
    波面、波前和波线
    波面：从波源发出的波经过同一传播            而达到的各点所组成的面．波面各质点的                    相同．
    波前：最前面的波面．
    波线：从波源沿着波的                     画出的带箭头的线．
时间
振动状态
传播方向
平面波、球面波
平面波：波面是              的波．
球面波：波面是              的波．
特别提醒 波线与波面垂直，具体情况如图2-4-1所示．





图2-4-1
平面
球面
惠更斯原理：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的         ，从这些点发出              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                ．
用惠更斯原理解释波的传播
在Δt时间内，子波传播的距离为r＝vΔt，而子波形成的新的波前相对于原波面传播的距离s＝vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离，如图2-4-2所示．
波源
球面
波前
图2-4-2
二、波的反射
    定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的              时返回到原来的介质继续传播的现象叫波的反射．
入射角与反射角
    入射角：入射波线与法线的夹角，如图2-4-3中的α.
    反射角：反射波线与法线的夹角，如图2-4-3中的β.
分界面
图2-4-3
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．
三、波的折射
    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．
    折射定律(如图2-4-4所示)




图2-4-4
结论
(1)当v1＞v2时，i＞r，折射线折向法线．
(2)当v1＜v2时，i＜r，折射线折离法线．
(3)当垂直界面入射(i＝0°)时，r＝0°，传播方向不改变，属折射中的特例．
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，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，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．
特别提醒 人耳只能区分开相差0.1 s以上的两个声音．
二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速
特别提醒  (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．
(2)波速v由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．
(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中，频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同．
【典例1】 某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00 s第一次听到回声，又经过0.50 s再次听到回声，已知声波为340 m/s，则两峭壁间的距离为________m.
波的反射规律的应用
借题发挥　(1)声波碰到障碍物时要发生反射，反射回来的声波传入耳朵里就是回声，人能区分原声与回声的时间间隔至少在0.1 s以上．
(2)一般情况下，反射过程中认为传播速度不发生改变，和解决匀速运动的方法是一致的．
(3)在应用波的反射定律的时候，我们通常先画出波反射的几何图形，这样对解题能起到直观和清晰的作用，能更好地解题．
波的折射规律的应用
图2-4-5
【变式2】
    如图2-4-6所示
    是一列机械波从一种介质进入另一种介质发生的现象，已知波在介质1中的波速为v1，波在介质2中的波速为v2，则v1∶v2为多少？
图2-4-6
        声呐就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置．它是SONAR一词的“义音两顾”的译称(旧译为声纳)，SONAR是SoundNavigation andRanging(声音导航测距)的缩写．
声波是观察和测量的重要手段．有趣的是，英文“sound”一词作为名词是“声 ”的意思，作为动词就有“探测”的意思，可见声与探测关系之紧密．
在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波．这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米．
然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息．在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段．