【优化指导】2016-2017学年高中物理-第12章-机械波-6-惠更斯原理课件-新人教版选修3-4

6惠更斯原理情景导入思维导图墙壁的传音性比空气好得多,但把门窗关闭后(如图所示),外面传入室内的声音却明显地减弱,这是为什么?填一填练一练1.波面和波线(见课本第40页)(1)概念①波面:波传播过程中,任何振动状态相同的点都组成了一个个圆,这些圆叫作一个个波面。②波线:与波面垂直的那些线代表了波的传播方向,叫作波线。如图所示。(2)波的分类①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球面,波线就是这些球面的半径,这样的波称为球面波。(如图甲)②平面波:指波面是平面的波。(如图乙)填一填练一练2.惠更斯原理(见课本第40页)(1)内容:介质中任一波面上的各点,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。(2)解释现象的过程: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,从而确定波的传播方向。填一填练一练3.波的反射和折射(见课本第41页)(1)反射现象:波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。(2)折射现象:波从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向发生改变的现象。如图所示。(3)入射角、反射角和折射角:①入射角:入射波的波线与界面法线的夹角,如图中i、θ1。②反射角:反射波的波线与界面法线的夹角,如图中i'。③折射角:折射波的波线与界面法线的夹角,如图中θ2。填一填练一练关于对惠更斯原理的理解,下列说法错误的是()A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同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解析:按照惠更斯原理:波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面,故选项A正确,B错误;由波面和波线的概念,不难判定选项C、D正确。答案:B探究一探究二探究三探究一对惠更斯原理的理解问题导引如图是波在传播过程中的一种现象。(1)此图是波的什么现象?(2)利用惠更斯原理能解释此现象吗?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名师精讲1.惠更斯原理的实质波面上的每一点(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,此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面。其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的。2.惠更斯原理的局限性光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释。但是,惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波显然是不存在的。典例剖析【例题1】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+Δt时刻波面的位置解析: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。答案:BCD探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练1导学号38190060下列说法正确的是()A.波在介质中传播的过程中,振动相同的点连接起来组成的面就叫做波面B.波线是用来表示波的传播方向的,波线与波面总是垂直的C.无论是球面波,还是平面波,同一波面上各点的振动情况完全一样D.波面上的各点都可以看作一个个新的小波源,称为子波,子波在前进方向上任意时刻形成的包络面,就是新波面探究一探究二探究三解析:振动相同的点在同一时刻组成的面,叫波面,故A错误;波线表示波的传播方向,在同一种介质中传播时,波线与波面总是垂直,表示为一条直线,在不同介质中传播时,表示为折线或曲线,但总跟在对应介质中的波面垂直,故B正确;波面是同一时刻各点连线组成的,其上各点振动情况一样,可以看作相同的一个个新的小波源,这些波向前传播情况一样,经过相同时间到达的位置的连线又可以连接成一个面,就形成新的波面,故C、D均正确。答案:BCD探究一探究二探究三探究二波的反射及其应用问题导引人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,还习惯性地把同侧的手附在耳旁,这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力?探究一探究二探究三名师精讲1.波的反射波遇到障碍物会返回来继续传播的现象。反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同,利用波的反射可以进行回声测距和超声波定位。2.回声测距(1)当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播,由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离一样的情况下,用的时间相等,设经过时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为s=v声𝑡2。探究一探究二探究三(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源发声时障碍物到声源的距离为(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离3.超声波定位蝙蝠、海豚能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向。s=(v声+v)𝑡2。s=(v声-v)𝑡2。探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析【例题2】如图所示,有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2s后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远?(v声=340m/s)探究一探究二探究三解析:汽车匀速行驶,速度为v车=15m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x①x1+x=v声t=340m/s·t②x2=v车t=15m/s·t③联立①②③得x=325m。答案:325m探究一探究二探究三变式训练2当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340m/s,则这个山谷的宽度约为()A.170mB.340mC.425mD.680m解析:右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2s。山谷的宽度答案:Cs=12v(t1+t2)=12×340×2.5m=425m,故C正确。探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究三波的反射、折射现象中各量的变化问题导引如图所示两波的示意图,波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗?波长变化吗?探究一探究二探究三名师精讲波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象,一些物理量相应发生了变化,比较如下:波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变θ反=θ入改变θ折≠θ入频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变探究一探究二探究三说明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,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不变;而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化。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传播,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。探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析【例题3】一列声波在空气中的波长为0.25m。当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8m,若空气中的声速是340m/s。求:(1)该声波在介质中传播时的频率。(2)该声波在介质中传播的速度。点拨:(1)当声波从一种介质进入另一种介质时频率不变。(2)机械波在任何介质中传播时波速公式都成立。探究一探究二探究三解析:(1)声波在空气中传播时,由v=λf得由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1360Hz。(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1360m/s=1088m/s。答案:(1)1360Hz(2)1088m/sf=𝑣1𝜆1=3400.25Hz=1360Hz探究一探究二探究三变式训练3导学号38190061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探究一探究二探究三解析:波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同。但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度。由v=λf知,声波在水中的波长应较大,对应于题图中波形曲线b,故只有选项A正确。答案:A123451.下列说法中正确的是()A.水波是球面波B.声波是球面波C.只有横波才能形成球面波D.只有纵波才能形成球面波解析:根据球面波的定义可知:若波面是球面则为球面波,与横波、纵波无关,由此可知选项B正确,C、D错误;由于水波不能在三维空间中传播,所以它不是球面波,选项A错误。答案:B123452.下列说法中正确的是()A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线都跟波面垂直C.任何波的波线都能表示波的传播方向D.有些波的波面表示传播方向解析:任何波线都与波面互相垂直,A错误,B正确;波线表示波的传播方向,C正确,D错误。答案:BC123453.下列现象中属于声波反射现象的是()A.隔着墙能听到房间外面有人讲话B.音响设备制作时要考虑混合效应C.夏日的雷声有时轰鸣不绝D.在水里的人能听到岸上的声音解析:反射现象是波在同一种介质中的传播,因此选项B、C正确。波在不同种介质中传播是折射现象,选项D不正确;A是衍射现象,选项A也不正确。答案:BC123454.下列说法正确的是()A.波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短B.波发生反射时,频率、波长、波速均不变C.波发生折射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化D.波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化解析:波发生反射时,在同一种介质中运动,因此波长、波速和频率不变;波发生折射时,频率不变,波速变,波长变,故选项B、C正确,A、D错误。答案:BC123455.导学号38190062(选做题)某物体发出的声音在空气中的波长为1m,波速为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)若物体在海面上向海水发出的声音经1.5s听到回声,则海水深为多少?解析:(1)由v=λf得因波的频率不变,则波在海水中的波速为v海=λ海f=4.5×340m/s=1530m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为答案:(1)3401530(2)1147.5mf=𝑣𝜆=3401Hz=340Hzx=v海·𝑡2=1530×1.52m=1147.5m。