【步步高】2014-2015学年高中物理 2.3 惠更斯原理 波的反射与折射课件 沪科版选修3-4

第2章机械波2.3惠更斯原理波的反射与折射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.学习目标定位知识储备区知识链接1.同一平面两侧等于知识储备区2.新的波源子波包络面3.同一平面法线等于4.同一平面法线波速波速新知呈现学习探究区一、惠更斯原理二、机械波的反射和折射三、波的反射现象的应用一、惠更斯原理问题设计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(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质相同的点的包络面叫做波面.最前面的波面又叫，波面是的波叫做平面波，波面是的波叫做球面波.要点提炼振动步调波前平面球面(2)波线：垂直于并指向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图.波面波传播方向图12.惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个波源(子波源)，并发出；其后，这些子波的就是新的波面.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的位置，从而确定波的.新的子波包络面波面波面传播方向例1利用惠更斯原理解释这个现象：如图2所示，在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的狭缝时，在狭缝后面的波纹呈圆形，且以缝为圆心沿半径方向向周边传去.图2答案因波在传播过程中所到达的每一点都可看做新波源，所以当波面到达挡板上的狭缝时，位于狭缝的点是新波源，故狭缝后面形成以狭缝为中心的圆形波纹向外传播.问题设计二、机械波的反射和折射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Δt＝；BB′v作Δt时间后子波源A、C、B发出的子波波面B′F′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线.在直角三角形AB′B和直角三角形B′AA′中，AB′是公共边，B′B＝A′A，因此两直角三角形全等，有：∠A′AB＝∠BB′A所以有：i′＝i，即波的反射中，反射角等于入射角.要点提炼1.波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会继续传播的现象.(2)入射角和反射角：①入射角：入射波的与界面的夹角，如图3中的α.②反射角：反射波的与界面的夹角，如图3中的β.③反射规律：反射角入射角，即α＝β.图3返回来波线法线波线法线等于2.波的折射(1)折射现象波从一种介质另一种介质时，波的方向通常会发生改变的现象.如图4所示.(2)折射定律①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跟波在第二种介质中的之比.②公式：.(3)相对折射率n12＝.图4进入传播波速波速sinisinr＝v1v2v1v2延伸思考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λ各自是如何变化的？请完成下表.现象比较项波的反射波的折射频率f波速v波长λ说明频率f由波源决定；波速v由介质决定；由v＝λf知，波长λ与频率f、波速v有关.不变不变不变不变改变改变例2图5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、波长均不等图5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λ＝得波长不等，故C错，D对.答案Dvf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6所示，以下说法正确的是()图6A.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v＝λf可知，水中波长大，故选A.答案A返回三、波的反射现象的应用例3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多远？(v声＝340m/s)解析若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图.设汽车由A到C路程为x1，C点到山崖B距离为x；声波由A到B再反射到C路程为x2，则有x2＝x1＋2x，因汽车与声波运动时间同为t，则v声t＝v汽t＋2x所以x＝m＝325m.答案325mv声－v汽t2＝340－15×22返回课堂要点小结2.波的反射与折射1.惠更斯原理波面与波线惠更斯原理波的反射用惠更斯原理推导波的反射定律波的反射定律：反射角＝入射角波的折射用惠更斯原理推导波的折射定律波的折射定律：相对折射率：n12＝sinisinr＝v1v2v1v2返回自我检测区123412341.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.AD12342.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ACD12343.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(λ＝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.C12344.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1234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.答案ABC