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6惠更斯原理,【自主预习】1.波面、波线、惠更斯原理:(1)波面和波线:波面:在波的传播过程中,某时刻任何振动状态都_的介质质点所组成的面。波线:与波面_的那些线,代表了波的_。,相同,垂直,传播方向,(2)波的分类:球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一个个_,_就是这些球面的半径。平面波:波面是_的波。,球面,波线,平面,(3)惠更斯原理:内容:介质中任一波面上的各点,都可以看作发射子波的_,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的_就是新的波面。局限性:只能解释衍射现象中波的传播方向,不能解释波的_,无法说明衍射现象与狭缝和障碍物的关系。,波源,包络面,强度,2.波的反射与折射(1)波的反射现象:波遇到介质界面会_继续传播的现象,如图。(2)波的折射现象:波从一种介质射入另一种介质时,波的传播方向发生_的现象,如图所示。,返回来,改变,【预习小测】1.对于波面和波线的说法中正确的是()A.波面一定是球面(形状)B.波线一定是平行直线C.波线有的时候与波面垂直,有的时候与波面平行D.不同波面上的各点振动周期相同,【解析】选D。波面可以是球面(形状),也可以是平面(形状),A错。波线可以是平行直线,如平面波波线,也可以不是平行直线,如球面波波线,B错。波线总是与波面垂直,C错。不同波面上的各点振动周期相同,都等于波源的周期,D对。,2.在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮,是因为()A.室内空气不流动B.室内声音多次反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸附声音【解析】选B。在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。,3.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】选C。声波在空中向外传播时,不管是否遇到障碍物引起反射,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。,主题一波面、波线、惠更斯原理【互动探究】探究点1波线与波面如图所示为传播的波面和波线,请思考下面几个问题:,(1)波线和数学中的直线一样吗?提示:不一样。因为波线是有方向的一簇线,它的方向代表了波的传播方向。(2)怎样理解波面的概念?提示:任何振动状态相同的点组成的面就是一个波面,如波峰(或波谷)组成一个波面。,(3)波面一定是平面吗?根据如图思考波线与波面的关系是怎样的。提示:波面不一定是平面。波线与波面互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面。,探究点2惠更斯原理(1)利用惠更斯原理可以解决什么问题?提示:若知道某时刻一列波的某个波面的位置,并且知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一个时刻这个波面的位置,从而确定波的传播方向。利用惠更斯原理可以解释一些现象,如波的反射、折射和衍射等。,(2)如何用惠更斯原理解释球面波的传播?提示:设以O为球心的球面波在时刻t的波面为r,按照惠更斯原理,r面上的每个点都是子波的波源,假设波在同种均匀介质中传播,波向各个方向传播的速度都相等,所以t时间后各子波的波面向前传播的距离vt也都相等。设r是这些子波波面的包络面,则它就是原来球面波的波面r在t时间后的新位置。,可以看出,新的波面仍是一个球面,它与原来球面的半径之差为vt,表示波向前传播了vt的距离。,【探究总结】惠更斯原理(1)在惠更斯原理中,同一波面上的各点都可看作子波的波源,而且波源的频率与子波波源的频率相等。(2)惠更斯原理对任何波动过程都是适用的,因而在很广泛的范围内解决了波的传播问题。,【典例示范】(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.波线与平面波的波面垂直,与球面波的波面不垂直,【解题指南】解答本题应把握以下两点:(1)波面是由振动情况完全相同的点构成的线(或面)。(2)波线永远与波面垂直。,【解析】选A、B、C。按照惠更斯原理,波面是由振动情况完全相同的点构成的面,而不同波面上质点的相位不同,故A对。由于波的周期性,在相距为波长整数倍的另一些波面上的质点的振动情况与这个波面上质点的振动情况相同,故B正确。由波面和波线的概念知,C正确。无论怎样的波,波线始终和波面垂直,故D错。正确答案为A、B、C。,【探究训练】1.(多选)(2018潍坊高二检测)如图所示,A、B分别为t=t1,t=t2时,平面波的波面,下面说法正确的是(),A.波面A和波面B互相平行B.波面A上的各个质点的振动情况不一定相同C.波面B上的各个质点的振动情况不一定相同D.波面A上的各个质点的振动情况相同,波面B上的各个质点的振动情况也相同,【解析】选A、D。平面波的波面与波源平行,故A对,由波面的定义可得,D正确,B、C错误。,2.(2018杭州高二检测)关于惠更斯原理、波的反射、波的折射,下列说法正确的是()A.惠更斯原理能够解释所有波的现象B.子波的波速与频率等于初级波的波速和频率C.用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D.同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反,【解析】选B。惠更斯原理不能够解释所有的波的现象,有一定的局限性,A错。波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,B对。用惠更斯原理能够解释波的衍射现象,C错。同一波面上的两个位置的质点振动情况一定相同,D错。,【补偿训练】(多选)下列叙述中正确的是()A.空间点波源发出的球面波,其波面是一个球面,波线就是以波源为圆心的同心圆B.平面波的波线是一条直线,其波线相互平行,C.根据惠更斯原理,波面各点都可看作一个子波源,子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D.利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定t+t时刻波面的位置,【解析】选B、C、D。球面波的波线沿球面的半径方向,A错误。平面波的波线是一条直线,由于波线与波面垂直,故平面波的波线相互平行,B正确。由惠更斯原理可知,C正确。利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定另一时刻的波面的位置,D正确。,【通法悟道】利用惠更斯原理解释波的传播(1)确定一列波某时刻一个波面的位置。(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源。(3)选一段时间t。(4)根据波速确定t时间后子波波面的位置。(5)确定子波在波前进方向上的包络面,即为新的波面。(6)由新的波面可确定波线及其方向。,主题二波的反射与折射【互动探究】如图甲、乙为波的反射、折射示意图。请结合两图,思考下列问题:,(1)试用惠更斯原理解释波的反射。提示:如题图所示,一列平面波射到两种介质的界面,由于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作为子波的波源;设波速为v,取时间间隔t=;作t时间后子波波源A、C、B发出的子波波面;画出子波的包络面BF,根据波线与波面的方位关系画出反射波线a、b、c如题图甲所示。,(2)试用惠更斯原理解释波的折射。提示:如题图所示,一列平面波射到两种介质的界面,由于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(同时也是折射点)A作波面AF,在波面AF上找三点A、C、B作为子波源;设波在介质中波速为v1,在介质中波速为v2,取时间间隔t=,作t时间后子波源A、C、B发出的子波波面;画出子波波面的包络面BF;根据波线与波面的方位关系画出折射波线a、b、c,如题图乙所示。,(3)在波的折射现象中,波长、波速、频率三者中什么发生了变化?提示:波的折射是波从一种介质射入另一种介质中时传播方向发生偏折的现象,因而波的传播方向发生了改变。因为入射波和折射波在两种不同的介质中传播,所以波速v会发生变化,波的频率f由波源决定,即频率f不变,由公式v=f可知波长发生变化。,【探究总结】1.波的反射:(1)规律:入射波线、法线、反射波线在同一平面内,入射波线与反射波线分居法线两侧,反射角等于入射角。(2)反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。(3)波遇到两种介质界面时,总存在反射。,2.波的折射:(1)波的折射遵循折射定律:入射波线与折射波线分居在法线的两侧并且在同一平面内。(2)波从一种介质进入另一种介质,只有波的频率不变,波速、波长均发生变化,但总满足v=f。,3.波的反射、折射现象中物理量变化的比较:,【典例示范】(多选)关于波的折射现象,下列说法正确的是()A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,波速和波长都不改变C.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变D.波发生折射时一定不会发生反射现象,【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)波在发生折射时频率不变。(2)波的折射和反射可以同时发生。,【解析】选A、C。当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线,A对;当波垂直界面入射时,传播方向尽管不改变,但由于介质发生改变,波速和波长都改变,但周期、频率不变,B错,C对;波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象,D错。,【探究训练】1.(2018哈尔滨高二检测)人耳只能区分相差0.1s以上的两个声音,人要听到自己讲话的回声,障碍物的距离至少要大于(空气中声速为340m/s)()A.34mB.17mC.100mD.170m,【解析】选B。设障碍物至少和人相距为x,则应有2x=vt,可得x=17m,故B对。,2.(2018郑州高二检测)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,都可以看作发射子波的波源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】选A。根据惠更斯原理,我们可以知道,介质中任意波面上的各点,都可以看作发射子波的波源,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;惠更斯原理可以解释球面波的传播,也可以解释平面波的传播,B错误;若知道某时刻一列波的某个波面的位置,还必须知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波的位置,从而确定波的传播方向,故C,错误;惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的强度,所以无法说明衍射现象和狭缝或障碍物的大小关系,也无法解释波的反射与折射等相关现象,故D错误。,3.(2018广州高二检测)如图所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的折射现象,已知波在介质中的传播速度为v1=200m/s,则波在介质中的传播速度v2=m/s。,【解析】由波的折射定律可得,波在介质中的传播速度答案:141.4,【补偿训练】1.(多选)下列说法正确的是()A.声波的反射遵守与光波反射类似的反射定律B.声波发生折射时,频率、波长、波速均要改变C.水中的声波是纵波D.一个剧院满座时交响乐混响时间比空座时长,【解析】选A、C。声波发生折射时,频率不改变;一个剧院满座时声音在传播过程中经多次反射,能量损失得更快。,2.如图所示,图甲是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图,测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和接收的信号间的时间差,测出被测物体的速度。图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波信号,n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号,设测速仪匀速扫描,P1、P2之间的时间间隔t=1.0s,超声波在空气中传播速度是v=340m/s,若汽车是匀速行驶的,则根据图乙,可知,汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是m,汽车的速度是m/s。,【解析】由题图知1s对应30格,每一小格对应s。设汽车在接收到P1、P2两个信号时距测速仪距离分别为s1、s2,则s1对应P1n1之间,s1=340m=68m,s2对应P2n2之间,s2=340m=51m,汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离为s1-s2=68m-51m=17m。已知测速仪匀速扫描,由题图乙中记录的数据可知,这段距离所用的时间为P1n1中点到P2n2中点,t=,(1-)s=0.95s,所以汽车的速度v汽=答案:1717.9,【课堂小结】,
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