《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(jié),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(jù)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(chǎn)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(jù)惠更斯原理,A、C點為發(fā)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?zhèn)鞯紸′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(jīng)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(jù)惠更斯原理,A′B′應是A、C點發(fā)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(xiàn)象是由于波線不同時到達界面,在到達界面時產(chǎn)生子波的時間不同造成的;波的折射現(xiàn)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)