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

惠更斯原理　波的反射與折射 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.通過實(shí)驗(yàn)，建立球面波和平面波的概念，理解子波源的形成．(難點(diǎn)) 2．了解惠更斯原理．(難點(diǎn)) 3．知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時(shí)會發(fā)生反射和折射，理解反射定律和折射定律的內(nèi)容及其特點(diǎn)．(重點(diǎn)) 4．運(yùn)用惠更斯原理解釋波的反射和折射現(xiàn)象．(難點(diǎn)) 惠 更 斯 原 理 1．從波源發(fā)出的波經(jīng)過同一傳播時(shí)間而達(dá)到的各點(diǎn)所組成的面，叫做波面，最前面的波面叫做波前．波面是平面的波稱為平面波；波面是圓(球)形的波稱為圓(球)形波． 2．從波源沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線稱為波線，它表示波動的傳播方向．平面波的波線是垂直于波面的平行線，圓形波的波線是沿著以波源為中心的半徑方向向外的射線． 3．內(nèi)容：波在傳播過程中所到達(dá)的每一點(diǎn)都可看做新的波源，從這些點(diǎn)發(fā)出球面形狀的子波，其后任一時(shí)刻這些子波波前的包絡(luò)面就是新的波前．這就是惠更斯原理． 1．任何波的波線都表示波的傳播方向．(√) 2．波面一定與波線垂直．(√) 3．波面一定是平面．() 4．波的傳播方向與波面平行．() 1．根據(jù)惠更斯原理可得出：波在傳播過程中，一個(gè)波源變成了無數(shù)個(gè)波源，這種說法正確嗎？ 【提示】　不正確．波源只有一個(gè)，而子波的波源有無數(shù)個(gè)． 2．波面一定是平面嗎？根據(jù)圖241和圖242思考波線與波面的關(guān)系是怎樣的． 圖241　 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．對波線、波面的理解 (1)波面 波源引起的振動在介質(zhì)中向各個(gè)方向傳播，如果把某一時(shí)刻振動狀態(tài)相同的點(diǎn)連接起來組成一個(gè)面，這個(gè)面就叫做波面． 例如：①球面波：波面是以波源為球心的一個(gè)個(gè)球面，波線經(jīng)過這些球面的半徑，這種波為球面波． ②平面波：波面是平面的波為平面波． (2)波線 用來表示波的傳播方向，在同性介質(zhì)中波線與波面垂直． (3)波面與波線的關(guān)系 圖243 ①波面不一定是面，如水波，它只能在水面?zhèn)鞑?，水波的波面是以波源為圓心的一簇圓． ②波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向． ③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． (4)無論是球形波，還是平面波，同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動情況完全相同． 2．惠更斯原理的應(yīng)用 (1)應(yīng)用惠更斯原理解釋波現(xiàn)象的步驟： 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． (2)利用惠更斯原理解釋波的傳播 如圖244甲所示，以O(shè)為球心的球面波在時(shí)刻t的波面為γ，按照惠更斯原理，γ面上每個(gè)點(diǎn)都是子波的波源．設(shè)各個(gè)方向的波速都是v，在Δt時(shí)間之后各子波的波面如圖中虛線所示，虛線圓的半徑是vΔt.γ′是這些子波波面的包絡(luò)面，它就是原來球面波的波面γ在時(shí)間Δt后的新位置．可以看出，新的波面仍是一個(gè)球面，它與原來球面的半徑之差為vΔt，表示波向前傳播了vΔt的距離． 與此類似，可以用惠更斯原理說明平面波的傳播(如圖244乙所示)． 圖244 1．下列說法中正確的是(　　) A．只有平面波的波面才與波線垂直 B．任何波的波線與波面都相互垂直 C．任何波的波線都表示波的傳播方向 D．有些波的波面表示波的傳播方向 E．子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率 【解析】　不管是平面波，還是球面波，其波面與波線均垂直，選項(xiàng)A錯誤，B正確；只有波線才表示波的傳播方向，選項(xiàng)C正確，D錯誤．波面上的每一點(diǎn)(面源)都是一個(gè)次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，E對． 【答案】　BCE 2．人耳只能區(qū)分相差0.1 s以上的兩個(gè)聲音，人要聽到自己講話的回聲，人離障礙物的距離至少要大于________．(已知聲音在空氣中的傳播速度為340 m/s) 【解析】　從人講話到聲音傳到人耳的時(shí)間取0.1 s時(shí)，人與障礙物間的距離最小．單程考慮，聲音從人傳到障礙物或從障礙物傳到人耳時(shí)t＝ s＝0.05 s，故人離障礙物的最小距離x＝vt＝3400.05 m＝17 m. 【答案】　17 m 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． 波的反射和折射 1．波的反射 (1)定義 波在傳播的過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的反射． (2)波的反射定律 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、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分別位于法線兩側(cè)，而且反射角等于入射角；反射波的波長、頻率和波速都與入射波相同． 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)波的折射定律 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)在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分別位于法線兩側(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)中的傳播速度跟波在第二種介質(zhì)中的傳播速度之比．對給定的兩種介質(zhì)，該比值為常數(shù)，即＝. (3)波的折射特點(diǎn) 在折射中，波的頻率保持不變，波速和波長都會發(fā)生變化，根據(jù)λ＝，當(dāng)波進(jìn)入新的介質(zhì)后，若波速增大，則波長變大；若波速減小，則波長減小． 1．入射波的波線與界面的夾角叫入射角．() 2．反射波的頻率、波速與入射波相同．(√) 3．折射波的頻率、波速與入射波相同．() 4．發(fā)生波的折射時(shí)，折射角的大小一定和入射角成正比. () 1．人們聽不清對方說話時(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？ 圖245 【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． 2．折射角和入射角總是相等嗎？ 【提示】　由公式＝，因在不同介質(zhì)中波傳播速度一般不同，因而入射角與折射角不相等． 1．波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時(shí)發(fā)生了反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些物理量相應(yīng)地發(fā)生變化，比較如下： 波現(xiàn)象 波的反射 波的折射 傳播方向 改變　i＝i′ 改變r(jià)≠i 頻率f 不變 不變 波速v 不變 改變 波長λ 不變 改變 2.回聲測距 當(dāng)聲源不動時(shí)，聲波遇到了障礙物會返回來繼續(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)時(shí)間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲. 3．惠更斯原理對波的反射的解釋 如圖246中a、b、c是入射波的波線，a′、b′、c′是反射波的波線．過a的入射點(diǎn)A作AB，在波面AB上找三點(diǎn)A、C、B作為子波源；設(shè)波速為v，取時(shí)間間隔Δt＝；作Δt時(shí)間后子波源A、C、B發(fā)出的子波波面如圖；畫出子波波面的包絡(luò)面A′B′，根據(jù)波線與波面的方位關(guān)系畫出反射波線如圖246. 圖246 在直角三角形AB′B和直角三角形B′AA′中，AB′是公共邊，由于波從B傳播到B′所用的時(shí)間與波從A傳播到A′所用的時(shí)間是一樣的．而波在同種介質(zhì)中的波速相同，故B′B＝AA′.因此直角三角形AB′B≌直角三角形B′AA′，所以∠A′AB′＝∠BB′A，入射角i和反射角i′分別為∠BB′A和∠A′AB′的余角，所以i′＝i，也就是說，在波的反射中，反射角等于入射角． 3．以下關(guān)于波的認(rèn)識，正確的是(　　) A．潛水艇利用聲吶探測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吸波材料，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直線傳播 D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象 E．聲吶儀利用的是波的折射現(xiàn)象 【解析】　聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來進(jìn)行定位，A正確，C、E錯誤．D選項(xiàng)中水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，D正確．隱形飛機(jī)是通過減少波的反射達(dá)到隱形的目的，B正確． 【答案】　ABD 4．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)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，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＝λf＝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 s＝v海＝1 530 m＝382.5 m. (3)物體與聲音運(yùn)動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＝2s. 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 處理波的折射問題的三點(diǎn)技巧 1．弄清折射現(xiàn)象發(fā)生的條件：當(dāng)波從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，波才發(fā)生折射現(xiàn)象．(當(dāng)波垂直入射時(shí)不發(fā)生折射現(xiàn)象) 2．抓住入射波與折射波的區(qū)別與聯(lián)系：波的頻率相同、波速不同、波長不同． 3．計(jì)算時(shí)，注意公式“＝”中角度與速度的對應(yīng)；另外，可結(jié)合v＝λf及頻率不變的特點(diǎn)，將公式轉(zhuǎn)化為波長與角度的關(guān)系(＝)解決有關(guān)波長的問題．