选修3-4_12.6_惠更斯原理 上课用

6惠更斯原理阅读教材40页《波面和波线》内容，思考：（1）什么是波面？什么是波线？（2）对于水波和空间一点发出的球面波和平面波为例，如何理解波面和波线？一、波面和波线2、波线：与波面____且指向________的直线，如图所示．波面波线波面波线波面和波线的关系：_____1、波面：在波的传播过程中，任一时刻_________都相同的点所组成的面；振动状态(类比等势面）垂直传播方向（类比电场线）垂直（类似电场线与等势面的关系）箭头表示波的传播方向的线某一时刻波动所达到______的各点所连成的曲面波面球面波波线波前4．波的分类(1)球面波：波面是____的波,如空气中的声波。波线平面波波前波面(2)平面波：波面是_____的波，如水波。3、波前球面平面最前方课堂互动讲练对波线、波面的认识例1（多选）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．任何波的波线与波面都相互垂直C．任何波的波线表示波的传播方向D．有些波的波面表示波的传播方向BC波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、衍射、散射等现象。如何解释这些现象呢？阅读教材40-41页《惠更斯原理部分》，思考：(1)理解并能叙述惠更斯原理：(2)理解子波源、子波这一对概念(3)如何根据某时刻的波面和波线，作出过一段时间后新的波面？1.惠更斯原理：解读：说明②.知某一时刻波面，可用几何方法决定下一时刻波面；①.该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方向可能发生变化。(1)行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；(2)所有子波源各自向外发出许多子波；(3)各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。二、惠更斯原理内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的______，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的________就是新的波面．波源包络面.........t时刻的波面tΔ+t时刻的波面子波波源tvΔ二、惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面确定下一时刻球面波的波面................子波波源tΔ+t时刻的波面t时刻的波面tuΔ二、惠更斯原理例(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ACD阅读教材4041页《波的反射和波的折射》内容，思考理解：1、书上的实验结果与我们观察到的现象是否一致？2、回顾什么是光的反射和折射？3、体会用惠更斯原理尝试对波的反射定律作出证明。～回音壁三、波的反射反射角i’：反射波的波线与平面法线的夹角入射角i：入射波的波线与平面法线的夹角波遇到障碍物时会返回继续传播的现象i'i法线平面规律（与光的反射定律相同）：1、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射角等于反射角2、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．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。三、波的反射定律证明i'ii'iABacba`c`b`由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点``AABB```AABBABABBABA```ii`证毕tvA`B`变式训练2甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距2a，距离墙均为3a，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为()A．听不到B．甲开枪3t后C．甲开枪2t后D．甲开枪3＋72t后C例1：例2、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，离障碍物的距离至少要大于()A．34mB．17mC．100mD．170m解析：选B.声波在空气中传播的速度约为340m/s，因此2s＝vt，s＝vt2＝17m，B正确．B思考：在空房间里讲话为什么听不到回声？声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音。所以，在房间里听不到回声，但人在房间里讲话感觉声音比在野外大。二、波的反射现象的应用1．回声测距：当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，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.(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s＝(v声＋v)t2.(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝(v声－v)t2.2．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．（1）（2）二、波的反射现象的应用1．回声测距：(1)当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，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.(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s＝(v声＋v)t2.4、隐形飞机F—117雷达确定目标示意图雷达是利用无线电波发现目标并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的特点，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。一般飞机能够较强反射雷达波，隐形飞机的表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料，极大地减少了雷达波的反射，达到“隐形”的目的。例2如图甲所示是在高速公路上用超声波速度仪测量车速的示意图，测速仪固定并正对被测物发出和接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号的时间差，测出被测物体的速度．图乙是测量仪记录脉冲信号得到的纸带，p1、p2表示测速仪发出的超声波信号，n1、n2表示p1、p2经汽车反射回来的信号．设记录时纸带匀速移动，p1、p2之间的时间间隔Δt＝1.0s，超声波在空气中传播的速度是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多少？汽车的速度是多大？波的反射现象的应用【思路点拨】超声波遇到障碍物会反射回来．从发出超声波到收到超声波的时间就是波来回运动的时间，而中间时刻就是跟物体相遇的时刻．【自主解答】(1)从p1到p2经历的时间为1.0s，图乙中是30个格，发出p1到收到n1共12个格，知车距仪器的距离s1＝12vΔt1＝12×340×130×12m＝68m，发出p2到收到n2共9个格，知车距仪器的距离s2＝12vΔt2＝12×340×130×9m＝51m，车行驶的距离为Δs＝s1－s2＝17m.(2)车第一次收到超声波的时刻应是p1n1的中点，第二次接到超声波是p2n2的中点时刻，这两个中点间共有28.5个小格，对应的时间为Δt＝130×28.5s＝0.95s，车的速度为v＝ΔsΔt＝170.95m/s≈17.9m/s.【答案】17m17.9m/s界面介质I介质II四、波的折射折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象ir法线21sinsinvvri四、波的折射折射定律：入射线、法线、折射线共面，入射线与折射线分居法线两侧．入射角、折射角的正弦比等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比折射的原因：波在不同介质中速度不同由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点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证毕四、波的折射定律证明tv2说明：(1)频率f由_____决定(2)波速v由_____决定(3)据v＝λf知，波长λ与___及___有关波源介质vf猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，那光是波或波是光呢？特别提醒：(1)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播_____不同．(2)对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即沿原方向传播，但介质发生了变化，其_____和______也相应发生变化．速度波长波速例1：(多选）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。BC