4 惠更斯原理 波的反射與折射,第二章 機(jī)械波,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.知道什么是波面和波線. 2.了解惠更斯原理，會(huì)用惠更斯原理解釋波的反射與折射現(xiàn)象. 3.認(rèn)識(shí)波的反射和折射現(xiàn)象，知道反射定律和折射定律.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、惠更斯原理 1.內(nèi)容：波在傳播過程中所到達(dá)的每一點(diǎn)都可看做新的 ，從這些點(diǎn)發(fā)出 形狀的子波，其后任一時(shí)刻這些子波波前的包絡(luò)面就是新的_，這就是惠更斯原理.又叫惠更斯作圖法. 2.應(yīng)用：根據(jù)惠更斯原理，由已知的某一時(shí)刻 確定下一時(shí)刻 ，從而確定波的 .,球面,波源,波前,波前,波前,傳播方向,二、波的反射與折射 1.波的反射 (1)定義：波在傳播的過程中，遇到兩種介質(zhì)的 時(shí)返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的反射. (2)反射定律：當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的交界處發(fā)生反射時(shí)，入射線、法線、反射線在 內(nèi)，入射線與反射線分別位于 兩側(cè)，而且反射角_入射角；反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都與入射波 .,分界面,同一平面,法線,等于,相同,2.波的折射 (1)定義：波在傳播過程中，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波傳播的方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫做波的折射. (2)折射定律 波在介質(zhì)中發(fā)生折射時(shí)，入射線、法線、折射線(即折射波線)在_ _內(nèi)，入射線與折射線分別位于 兩側(cè)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于波在第一種介質(zhì)中的 跟波在第二種介質(zhì)中的 之比.對(duì)給定的兩種介質(zhì)，該比值為常數(shù).,同一平,面,法線,傳播速度,傳播速度,(3)結(jié)論 當(dāng)v1v2時(shí)，ir，折射線 法線. 當(dāng)v1v2時(shí)，ir，折射線 法線. 當(dāng)垂直界面入射(i0)時(shí)，r0，傳播方向不變，是折射中的特殊情況.,偏向,偏離,即學(xué)即用 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)在波的傳播過程中，介質(zhì)中所有參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都可以看做是新的波源. ( ) (2)同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同.( ) (3)波發(fā)生反射和折射時(shí)波的頻率都不變，但波長(zhǎng)、波速均發(fā)生變化.( ) (4)波的折射和反射現(xiàn)象都可以用惠更斯原理解釋.( ),答案,重點(diǎn)探究,一、惠更斯原理,導(dǎo)學(xué)探究 把一顆石子投到平靜的池塘里，會(huì)激起一圈圈起伏不平的水面波向周圍傳播，向四面八方傳播的波峰(波谷)是否會(huì)組成一個(gè)個(gè)圓？與這些圓的切線垂直的線能否表示波的傳播方向？,答案 因?yàn)樗ㄓ刹ㄔ聪蛩闹軅鏖_，向各個(gè)方向的波速都一樣，所以向四面八方傳播的波峰(波谷)組成一個(gè)個(gè)圓.與這些圓的切線垂直的線能表示波的傳播方向.,答案,知識(shí)深化 對(duì)惠更斯原理的理解 (1)惠更斯原理中，同一波面上的各點(diǎn)都可以看做子波的波源.波源的頻率與子波波源的頻率相等. (2)在各向同性均勻介質(zhì)中，波線恒與波面垂直.,解析 按照惠更斯原理：波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面，故A正確，B錯(cuò)誤； 由波面和波線的概念，不難判定C、D正確.,例1 (多選)關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解，下列說(shuō)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.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 D.平面波的波線是垂直于波面的平行線,答案,解析,答案 返回介質(zhì)時(shí)波的頻率和波長(zhǎng)均不變，進(jìn)入介質(zhì)的波的頻率不變，波速變化，由vf得，波長(zhǎng)變化.,二、波在反射、折射現(xiàn)象中的波長(zhǎng)、頻率和波速,導(dǎo)學(xué)探究 如圖1所示，當(dāng)波從介質(zhì)傳播到兩介質(zhì)的交界面時(shí)，返回介質(zhì)的波和進(jìn)入介質(zhì)的波的頻率變化嗎？波長(zhǎng)變化嗎？,答案,圖1,知識(shí)深化 對(duì)波的反射和折射的理解 (1)頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都是受迫振動(dòng)，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的. (2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時(shí)是在同一介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時(shí)是在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變. (3)波長(zhǎng)是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式 可知波長(zhǎng)不改變；在波的折射中，當(dāng)進(jìn)入新的介質(zhì)中波速增大時(shí)，由 可知波長(zhǎng)變大，反之變小.,解析 反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速與入射波的都相等，故A、B錯(cuò)誤； 折射波的波長(zhǎng)、波速與入射波的均不等，但頻率相等，故C錯(cuò)誤，D正確.,例2 如圖2所示，1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則 A.2與1的波長(zhǎng)、頻率相等，波速不等 B.2與1的波速、頻率相等，波長(zhǎng)不等 C.3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)均相等 D.3與1的頻率相等，波速、波長(zhǎng)均不等,答案,解析,圖2,A.聲波在水中波長(zhǎng)較大，b是水中聲波的波形曲線 B.聲波在空氣中波長(zhǎng)較大，b是空氣中聲波的波形曲線 C.水中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高，a是水中聲波的波形曲線 D.空氣中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高，a是空氣中聲波的波形曲線,針對(duì)訓(xùn)練 同一音叉發(fā)出的聲波同時(shí)在水和空氣中傳播，某時(shí)刻的波形曲線如圖3所示.以下說(shuō)法正確的是,答案,解析,圖3,解析 波的頻率取決于波源的振動(dòng)頻率，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時(shí)頻率相同.但機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì)，與波的頻率無(wú)關(guān)，聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度.由vf知，聲波在水中的波長(zhǎng)應(yīng)較大，對(duì)應(yīng)于題圖中波形曲線b，故只有A正確.,三、波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用,1.回聲測(cè)距 (1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了靜止的障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，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sv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)離聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s|v聲v|,2.超聲波定位 蝙蝠能發(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(lái)，蝙蝠就依據(jù)接收到的反射回來(lái)的超聲波來(lái)確定障礙物或目標(biāo)位置，從而確定飛行方向.另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來(lái)定位和測(cè)速的.,答案 325 m,例3 有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車?guó)Q笛2 s后司機(jī)聽到回聲，司機(jī)聽到回聲時(shí)汽車距山崖多遠(yuǎn)？(v聲340 m/s),答案,解析,解析 汽車運(yùn)動(dòng)，聲音傳播，如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動(dòng)過程示意圖.設(shè)汽車由A到C路程為x1，C點(diǎn)到山崖B距離為x；聲波由A到B再反射到C路程為x2，因汽車與聲波運(yùn)動(dòng)時(shí)間同為t，則有x2x12x，即v聲tv汽t 2x，所以,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,4,1.(對(duì)惠更斯原理的理解)(多選)下列關(guān)于惠更斯原理的說(shuō)法正確的是 A.惠更斯原理能夠解釋波的反射現(xiàn)象 B.惠更斯原理能夠解釋波的折射現(xiàn)象 C.介質(zhì)中任何一個(gè)波面的各點(diǎn)，都可以看成發(fā)射子波的波源 D.只有縱波才有波面,答案,1,2,3,4,解析 A、B、C選項(xiàng)中應(yīng)用了波的反射現(xiàn)象； D選項(xiàng)應(yīng)用了波的折射現(xiàn)象，深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質(zhì)，故波的傳播方向發(fā)生改變，故D錯(cuò)誤.,2.(波的反射和折射)(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，哪些是正確的 A.潛艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理 B.隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射， 從而達(dá)到隱形的目的 C.雷達(dá)的工作原理是利用波的反射 D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的反射現(xiàn)象,答案,解析,1,2,3,4,3.(波的反射和折射)如圖4所示是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中發(fā)生的現(xiàn)象，已知波在介質(zhì)中的波速為v1，波在介質(zhì)中的波速為v2，則v1v2為,答案,解析,圖4,由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，所以聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率為1 700 Hz.,1,2,3,4,4.(波的反射和折射)一列聲波在空氣中的波長(zhǎng)為0.2 m.當(dāng)該聲波從空氣中以某一角度傳入介質(zhì)中時(shí)，波長(zhǎng)變?yōu)?.6 m，如圖5所示，若空氣中的聲速是340 m/s.求： (1)該聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的頻率；,答案,解析,答案 1 700 Hz,圖5,1,2,3,4,(2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度；,答案,解析,答案 1 020 m/s,解析 由vf得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為v22f0.61 700 m/s1 020 m/s.,1,2,3,4,(3)若聲波垂直進(jìn)入介質(zhì)，經(jīng)0.4 s返回空氣，則介質(zhì)的深度為多少？,答案,解析,答案 204 m,