《高中物理 第2章 機(jī)械波 2_4 惠更斯原理 波的反射與折射教師用書 滬科版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第2章 機(jī)械波 2_4 惠更斯原理 波的反射與折射教師用書 滬科版選修3-4（7頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

2.4　惠更斯原理　波的反射與折射 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道什么是波面、波線，知道它們之間的關(guān)系. 2.了解惠更斯原理，知道用惠更斯原理描述波的方法. 3.知道什么是波的反射，理解波的反射定律.(重點(diǎn)) 4.知道什么是波的折射，理解波的折射定律.(重點(diǎn)) 5.應(yīng)用波的反射定律和折射定律解決有關(guān)問題.(難點(diǎn)) 惠 更 斯 原 理 1.在均勻介質(zhì)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)向各個(gè)方向勻速傳播，形成球面波. 2.波在介質(zhì)中傳播時(shí)，任一時(shí)刻介質(zhì)振動(dòng)步調(diào)相同的點(diǎn)的包絡(luò)面叫做波面；最前面的波面又叫波前，垂直于波面并指向波傳播方向的直線叫做波線.如圖241所示. 圖241 3.波面是平面的波叫做平面波. 4.惠更斯原理的內(nèi)容是：介質(zhì)中波前上的各點(diǎn)，都可以看成是一個(gè)新的波源(子波源)，并發(fā)出子波；其后，這些子波的包絡(luò)面就是新的波面. 1.只有平面波的波面才與波線垂直.() 2.任何波的波線與波面都相互垂直.(√) 3.任何波的波線都表示波的傳播方向.(√) 波面一定是平面嗎？根據(jù)下圖思考波線與波面的關(guān)系是怎樣的. 圖242 【提示】　波面不一定是平面.波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面. 1.惠更斯原理的實(shí)質(zhì)：波面上的每一點(diǎn)(面源)都是一個(gè)次級(jí)球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率，此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動(dòng)的波面.其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動(dòng)狀態(tài)是由各處的波動(dòng)決定的. 2.惠更斯原理的局限性：光的直線傳播、反射、折射等都能用此來進(jìn)行較好的解釋.但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的. 1.關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解，下列說法正確的是(　　) A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同 B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況一定不同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 D.無論怎樣的波，波線始終和波面垂直 E.波面可以表示波的傳播方向 【解析】　按照惠更斯原理：波面是由振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，而不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同，如相位相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同，故A對(duì)，B錯(cuò).由波面和波線的概念，不難判定C、D正確.只有波線才能表示波的傳播方向，E錯(cuò)誤.故正確答案為A、C、D. 【答案】　ACD 2.下列敘述中正確的是(　　) A.空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波，其波面是一個(gè)球面，波線就是以波源為圓心的同心圓 B.平面波的波線是一條直線，其波線相互平行 C.根據(jù)惠更斯原理，波面各點(diǎn)都可看作一個(gè)子波源，子波前進(jìn)的方向的包絡(luò)面就是該時(shí)刻的波面 D.利用惠更斯原理，只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定t＋Δt時(shí)刻波面的位置 E.不同波面上的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一定不相同 【解析】　球面波的波線沿球面的半徑方向，A錯(cuò)誤.平面波的波線是一條直線，由于波線與波面垂直，故平面波的波線相互平行，B正確.由惠更斯原理可知，C正確.利用惠更斯原理，只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定另一時(shí)刻波面的位置，D正確.不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同，如相位差相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同，故E錯(cuò)誤. 【答案】　BCD 利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟 1.確定一列波某時(shí)刻一個(gè)波面的位置. 2.在波面上取兩點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)作為子波的波源. 3.選一段時(shí)間Δt. 4.根據(jù)波速確定Δt時(shí)間后子波波面的位置. 5.確定子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面，即為新的波面. 6.由新的波面可確定波線及其方向. 研究機(jī)械波的反射規(guī)律和折射規(guī)律 1.機(jī)械波的反射規(guī)律 (1)波遇到障礙物時(shí)會(huì)返回來繼續(xù)傳播，如圖243所示. 圖243 (2)反射定律 ①入射角：入射波線與反射面法線的夾角，如圖中的α. ②反射角：反射波線與反射面法線的夾角，如圖中的β. ③反射定律：反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線和入射波線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角. 2.機(jī)械波的折射規(guī)律 (1)折射現(xiàn)象 波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，如圖244所示. 圖244 (2)折射規(guī)律 ①頻率：頻率不變. ②波速：發(fā)生改變. ③波長：發(fā)生改變. (3)折射定律 ①內(nèi)容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第Ⅰ種介質(zhì)中的波速與波在第Ⅱ種介質(zhì)中的波速之比. ②公式：＝. 1.反射波的頻率、波速與入射波相同.(√) 2.折射波的頻率、波速與入射波相同.() 3.發(fā)生波的折射時(shí)，折射角的大小一定和入射角成正比. () 人們聽不清對(duì)方說話時(shí)，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ?，還習(xí)慣性地把同側(cè)的手附在耳旁.你能說出其中的道理嗎？ 【提示】　當(dāng)用手附在耳旁時(shí)，手就可以反射一部分聲波進(jìn)入人耳，以提高耳的接收能力. 1.回聲測(cè)距 (1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了靜止障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時(shí)間相等，設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲. (2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v). (3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離s＝(v聲－v). 2.超聲波定位 蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來.蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動(dòng)方向. 3.波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化 (1)頻率(f)由波源決定：故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等，即波源的振動(dòng)頻率相同. (2)波速(v)由介質(zhì)決定：故反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，波速不變，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化. (3)據(jù)v＝λf知，波長λ與波速和頻率有關(guān).反射波與入射波，頻率相同、波速相同，故波長相同，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，頻率相同，波速不同，故波長不同.具體見下表所示. 波現(xiàn)象 波的反射 波的折射 傳播方向 改變， θ反＝θ入 改變， θ折≠θ入 頻率f 不變 不變 波速v 不變 改變 波長λ 不變 改變 3.如圖245所示為一束平面波從介質(zhì)1進(jìn)入另一種介質(zhì)2的情形，則波從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)波速將________(選填“增大”或“減小”)，其入射角和折射角的正弦之比為________. 圖245 【解析】　由公式＝可知，當(dāng)v1＞v2時(shí)，i＞r，即折射角折向法線，折射角小于入射角；當(dāng)v1＜v2時(shí)，i＜r，即折射角折離法線，折射角大于入射角；＝＝＝. 【答案】　增大　 4.一列聲波從空氣中傳入水中，已知水中聲速較大，則聲波頻率________，波長________ 【解析】　由于波的頻率由波源決定，因此波無論在空氣中還是在水中頻率都不變.又因波在水中速度較大，由公式v＝λf可得，波在水中的波長變大. 【答案】　不變　變大 5.某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m，波速為340 m/s，在海水中的波長為4.5 m. (1)該波的頻率為________Hz，在海水中的波速為________ m/s. (2)若物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)過0.5 s聽到回聲，則海水深為多少？ (3)若物體以5 m/s的速度由海面向海底運(yùn)動(dòng)，則經(jīng)過多長時(shí)間聽到回聲？ 【解析】　(1)由f＝得f＝ Hz＝340 Hz， 因波的頻率不變，則在海水中的波速為 v海＝λ′f＝4.5340 m/s＝1 530 m/s. (2)入射聲波和反射聲波用時(shí)相同，則海水深為 h＝v海＝1 530 m＝382.5 m. (3)物體與聲音運(yùn)動(dòng)的過程示意圖如圖所示，設(shè)聽到回聲的時(shí)間為t′，則v物t′＋v海t′＝2 h 代入數(shù)據(jù)解得t′＝0.498 s. 【答案】　(1)340　1 530　(2)382.5 m　(3)0.498 s 回聲測(cè)距的方法技巧 利用回聲測(cè)距是波的反射的一個(gè)重要應(yīng)用，它的特點(diǎn)是聲源正對(duì)障礙物，聲源發(fā)出的聲波與回聲在同一條直線上傳播. 1.若是一般情況下的反射，反射波和入射波是遵從反射定律的，可用反射定律作圖后再求解. 2.利用回聲測(cè)距時(shí)，要特別注意聲源是否運(yùn)動(dòng)，若聲源運(yùn)動(dòng)，聲源發(fā)出的原聲至障礙物再返回至聲源的這段時(shí)間與聲源的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同. 3.解決波的反射問題，關(guān)鍵是根據(jù)物理情景規(guī)范作出幾何圖形，然后利用幾何知識(shí)結(jié)合物理規(guī)律進(jìn)行解題.