怎么樣作“用惠更斯原理解釋波的反射和折射”圖
2008-12-31 00:00:00張學民
物理教學探討 2008年17期
《普通人教版“普通高中課程標準實驗教科書，物理，選修3-4》，“波的反射和折射”這一節，用惠更斯原理解釋波的反射和折射這兩個圖，有許多學生，甚至一部分教師都搞不清圖是怎么作出來的，教材中也沒作詳細說明。在這里，筆者憑自己的理解，用以下方法作圖，僅供參考。
第35頁圖12.4-5用惠更斯原理解釋波的反射，在沒有證明入射角等于反射角之前，反射波線是根據惠更斯原理作出的。要作反射波線，關鍵是作出反射波的波面。如圖1所示，一束波線a、b、c到達兩種介質的界面，AB是這列波的一個波面。反射波的波面，可依以下步驟作出：
1.作a的延長線AE，假設不存在界面，波線沿AE傳播，過C點作AE的垂線交于D點，由于三條入射波的傳播方向與界面不垂直，a、b、c三條波線不同時到達界面，它們到達界面時產生子波的時間也有先后，在相同的時間里，子波傳播的距離也有遠有近。設想當a傳到D點時，c才到達C點。
2.設A子波傳到E點時，以A點為圓心，以AE長為半徑，在界面上方畫弧，再以C點為圓心，以DE長為半徑畫弧，然后作兩弧的切線A′B′。根據惠更斯原理，A、C點為發射子波的波源，兩弧分別是A、C子波的波面，切線A′B′就是子波的包絡面，是新的波面。
3.由于反射波的波線應與新的波面垂直，于是分別過A、C點作A′B′的垂線a′、c′，即為a、c的反射波線。過B′點作a′、c′的平行線即是b的反射波線。
這里需要說明的是，為何以AE、DE長為半徑畫弧，這是為了保證a、c波線從AB波面傳到A′B′波面所用的時間相等。
對于第36頁圖12.4-6用惠更斯原理研究波的折射圖，可以由以下思路作出：
設波在兩種介質中的傳播速度分別為v1和v2，若v1＞v2。如圖2，一束平面波線a、b、c，a首先于時刻t由介質1到達界面。波線a進入介質2后，又經過時間Δt，波線b也到達界面。由于兩種不同介質中波的傳播速度不同，在Δt這段時間內，兩條波線a和b前進的距離AA′和BB′也不相同，AA′＜BB′。這樣，當波線b到達界面時，新的波面應在A′B′的位置。A′B′與AB不能平行。根據惠更斯原理，A′B′應是A、C點發射子波的包絡面，分別過A、C點作A′B′的垂線，交于A′、B′點，則AA′、CC′就是波線a、c的折射波線。
可見，波的反射現象是由于波線不同時到達界面，在到達界面時產生子波的時間不同造成的；波的折射現象是由于波線不同時到達界面，及波在兩種介質中的傳播速度不同造成的。
(欄目編輯羅琬華)
