物理 第2章 机械波 2.4 惠更斯原理 波的反射与折射同步备课 沪科版选修3-4

第2章2.4惠更斯原理 波的反射与折射学习目标1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律.内容索引自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测自主预习梳理1.惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个 (子波源)，并发出 ；其后，这些子波的 就是新的波面.2.波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在 内，入射波的波线与反射波的波线分别位于 的两侧，而且反射角 入射角.3.波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在_内，入射波的波线与折射波的波线分别位于 的两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的 跟波在第二种介质中的 之比，即新的波源子波包络面等于法线同一平面同一平面法线波速波速重点知识探究一、惠更斯原理导学探究导学探究把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？答案答案答案因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形.1.波面和波线波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面.最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波.(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图.知识深化知识深化图12.惠更斯原理惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面.这就是惠更斯原理.(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向.例例1 下列说法中正确的是A.根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射 子波的波源B.惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C.若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波 的传播方向D.惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相 关现象解析答案解析解析根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，A正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故C错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故D错误.二、机械波的反射和折射导学探究导学探究1.我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案答案答案机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见.例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射.2.请用惠更斯原理推导波的反射定律.答案答案答案如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a、b、c三条波线不同时到达界面，过a的入射点A作波面AF，在波面AF上找三点A、C、B作为子波源；设波速为v，取时间间隔t ；作t时间后子波源A、C、B发出的子波波面BF，根据波线与波面的方位关系画出反射波线.在直角三角形ABB和直角三角形BAA中，AB是公共边，BBAA，因此两直角三角形全等，有：AABBBA所以有：ii，即波的反射中，反射角等于入射角.1.波的反射波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象.(2)入射角和反射角：知识深化知识深化入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的.反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的.反射规律：反射角等于入射角，即.图22.波的折射波的折射(1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象.如图3所示.(2)折射定律内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比.公式：(3)相对折射率n12图3现象比较项波的反射波的折射频率f_波速v_波长_说明频率f由波源决定；波速v由介质决定；由vf知，波长与频率f、波速v有关.波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率f、波速v和波长各自是如何变化的？请完成下表.延伸思考延伸思考不变改变改变不变不变不变例例2 图4中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则A.2与1的波长、频率相等，波速不等B.2与1的波速、频率相等，波长不等C.3与1的波速、频率、波长均相等D.3与1的频率相等，波速、波长均不等答案解析解析波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由 得波长不等，故C错，D对.图4解析解析答案针对训练针对训练同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图5所示，以下说法正确的是A.声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线B.声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线C.水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线D.空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线图5解析解析波源相同，声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由vf可知，水中波长大，故选A.例例3 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？解析答案三、波的反射现象的应用答案答案425 m解析解析设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为sx,2xvt12(sx)v(t1t)其中t0.5 s，t11 s，代入数据得：s425 m.课堂要点小结课堂要点小结当堂达标检测1.(多选)下列说法中不正确的是A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线与波面都相互垂直C.任何波的波线都表示波的传播方向D.有些波的波面表示波的传播方向1234解析解析任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B、C正确，A、D错误.解析答案2.(多选)关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.无论怎样的波，波线始终和波面垂直答案12343.声波从声源发出，在空中向外传播的过程中A.波速在逐渐变小B.频率在逐渐变小C.振幅在逐渐变小 D.波长在逐渐变小解析答案1234解析解析声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物而引起反射，其波速只由空气介质决定.频率(由振源决定)和波长(v/f)均不变，所以A、B、D错；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确.12344.(多选)下列关于波的认识，哪些是正确的A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C.雷达的工作原理是利用波的反射D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象解析答案解析解析A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项应用了波的折射现象，深水区和浅水区视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D错误.1234