2018-2019版高中物理 第2章 机械波 2.4 惠更斯原理 波的反射与折射课件 沪科版选修3-4.ppt

2.4惠更斯原理波的反射与折射,第2章机械波,学习目标,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.,内容索引,重点探究启迪思维探究重点,达标检测检测评价达标过关,自主预习预习新知夯实基础,自主预习,1.惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个(子波源)，并发出；其后，这些子波的就是新的波面.2.波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在内，入射波的波线与反射波的波线分别位于的两侧，而且反射角入射角.3.波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在_内，入射波的波线与折射波的波线分别位于的两侧，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跟波在第二种介质中的之比，即.,新的波源,包络面,子波,同一平面,法线,等于,同,一平面,法线,波速,波速,重点探究,一、惠更斯原理,导学探究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.,答案,知识深化1.波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面.最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波.(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图.,图1,2.惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面.这就是惠更斯原理.(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向.,例1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，都可以看做发射子波的波源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,答案,解析根据惠更斯原理，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，A正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故C错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故D错误.,二、机械波的反射和折射,导学探究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.,答案,在直角三角形ABB和直角三角形BAA中，AB是公共边，BBAA，因此两直角三角形全等，有：AABBBA所以有：ii，即波的反射中，反射角等于入射角.,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t；作t时间后子波源A、C、B发出的子波波面BF，根据波线与波面的方位关系画出反射波线.,答案,知识深化1.波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象.(2)入射角和反射角：入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的.反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的.反射规律：反射角等于入射角，即.,图2,2.波的折射(1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象.如图3所示.,图3,(2)折射定律内容：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波速跟波在第二种介质中的波速之比.,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和波长各自是如何变化的？请完成下表.,答案,不变,不变,不变,改变,改变,不变,例2图4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4,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，由得波长不等，故C错，D对.,答案,解析,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5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,图5,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vf可知，水中波长大，故选A.,答案,解析,三、波的反射现象的应用,例3某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知空气中的声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？,答案425m,答案,解析,解析设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为sx，2xvt12(sx)v(t1t)其中t0.5s，t11s，代入数据得：s425m.,课堂要点小结,1.惠更斯原理,波的反射,波的折射,波面与波线惠更斯原理,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：,2.波的反射与折射,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,达标检测,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.,1,2,3,4,1.(多选)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,答案,解析,2.(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,1,2,3,4,答案,1,2,3,4,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(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.,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,答案,解析,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