惠更斯原理 波的反射与折射

惠更斯原理波的反射与折射机械波学习目标1、知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射。2、知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同。3、知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系。教学重点：1、波的反射和折射现象。2、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射角的关系。3、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。教学难点：用波的反射和折射现象解决实际问题。自主学习一、惠更斯原理1．波面和波线(1)波面：在波的传播过程中，任一时刻_________都相同的介质质点所组成的面．图2－4－1(2)波线：与波面______且指向__________的直线，如图2－4－1所示．振动状态垂直传播方向2．波的分类(1)球面波：波面是______的波，如空气中的声波．(2)平面波：波面是______的波，如水波．3．惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看做一个新的_____________，并发出子波，其后这些子波的包络面就是新的______．它是惠更斯在1690年提出的．(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而可确定波的__________．球面平面波源(子波源)波面前进方向二、波的反射1．定义：波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时_____到原介质继续传播的现象．2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，________、_______、________在同一平面内，入射线与反射线分别位于_____的两侧，而且入射角_____反射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波_____．返回入射线法线反射线法线等于相同三、波的折射1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生______的现象．2．折射定律：波从第一种介质进入第二种介质分界面处会发生折射现象，入射角的_____跟折射角的_____之比等于波在第一种介质中_____跟第二种介质中的______之比，即sinisinr＝v1v2.这就是波的折射定律．偏折正弦正弦波速波速O◆观察现象：水面O点有一波源，水波向四周传播。现象：1）水面上形成一列圆形波；2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰和波谷。一．波面和波线波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面。波面波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线。波线波面波线二．惠更斯原理惠更斯原理内容：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。为了解释与波的传播相关的现象，惠更斯提出了一个原理。应用：根据惠更斯原理，知道某一时刻一列波的某个波面的位置、波速，可以用几何做图法确定下一时刻的波面。因此这一原理又叫惠更斯作图法，它在很大程度上解决了波的传播方向问题。惠更斯原理的应用：用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面.........t时刻的波面tΔ+t时刻的波面子波波源tvΔ................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tvΔ惠更斯原理的应用：用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面特点：反射角等于入射角反射波的波长、频率和波速都和入射波相同实例：回声、混响现象：波遇到障碍物会返回来继续传播入射角反射角平面三．波的反射经t后，B点发射的子波到达界面处B`点，A点发射的子波到达A`点。同种介质，波速不变。i'ii'iABacba`c`b`由惠更斯原理，AB为波的一个波面``AABB```AABBABABBABA```ii`tvA`B`用惠更斯原理解释波的反射演示特点：波的频率不改变波速和波长都发生了改变入射角与折射角之间满足折射定律现象：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变入射角i折射角r四．波的折射由惠更斯原理，AB为波的一个波面irABCDirtv1经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A点的到达C点，ADBDisinADtv1ADACrsinADtv221sinsinvvritv2用惠更斯原理解释波的折射21sinsinvvri入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．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速度跟波在第二种介质中的速度之比。2112vvn折射率☆折射定律：1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同注意：☆波的折射：取决于反射时折射时频率振源不变不变波速介质不变改变波长频率和波速改变改变波在反射、折射时的频率、波速和波长波的反射规律：1．入射波波线反射波波线和法线在同一平面内．２．反射角等于入射角．定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。｛｛规律：波的折射定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。１．入射波波线折射波波线和法线在同一平面内．２．21sinsinvvri｛｛小结：即时突破，小试牛刀例1.如图所示，某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，此波在乙介质中的波速为1.2×105km/s，(1)该波的折射角为________．(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？解析：(1)由反射定律可得反射角为60°，由题图的几何关系可得折射角为r＝30°.(2)由波的折射定律得v甲＝sinisinr·v乙＝sin60°sin30°·v乙＝3212×1.2×105km/s＝2.08×105km/s.答案：(1)30°(2)2.08×105km/s说明：1.频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同．2．波速v由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．3．据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同．例题2.如图所示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、波长均不等解析：选D.反射波的波速、波长、频率都相等，折射波的频率不变，波长和波速发生改变，故D正确．D例题3：某物体发出的声音在空气中的波长为1m，波速340m/s，在海水中的波长为4.5m.(1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________m/s.(2)若物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声，则海水深为多少？【精讲精析】(1)由f＝vλ得：f＝3401Hz＝340Hz.因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝4.5×340m/s＝1530m/s.(2)入射波和反射波用时相同，则海水深为：s＝v海t2＝1530×0.52m＝382.5m.随堂练习习题1：一列波从一种介质进入另一种介质，下列说法正确的是（）A．频率发生变化B．波速发生变化C．波长发生变化D．频率、波速、波长都发生变化BC习题2：荷兰物理学家惠更斯1690年提出：________。这被称为惠更斯原理。根据惠更斯原理，只要知道波速和某一时刻的波面，就可以求出下一时刻的波阵面，从而也就知道了_____________。波的传播方向随堂练习习题3：一列波以53°的入射角入射到两种介质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为0.6米，那么折射波的波长为：______m，反射波的波长为__________m。（sin53°=0.8cos37°=0.6）答案：0.45m、0.6m