高中物理 第二章 机械波 4 惠更斯原理 波的反射与折射课件 教科版选修34.ppt

4惠更斯原理波的反射与折射 第二章机械波 学习目标 1 知道什么是波面和波线 2 了解惠更斯原理 会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 一 惠更斯原理1 内容 波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的 从这些点发出形状的子波 其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的 这就是惠更斯原理 又叫惠更斯作图法 2 应用 根据惠更斯原理 由已知的某一时刻确定下一时刻 从而确定波的 球面 波源 波前 波前 波前 传播方向 二 波的反射与折射1 波的反射 1 定义 波在传播的过程中 遇到两种介质的时返回到原介质继续传播的现象叫波的反射 2 反射定律 当波传播到两种介质的交界处发生反射时 入射线 法线 反射线在内 入射线与反射线分别位于两侧 而且反射角 入射角 反射波的波长 频率和波速都与入射波 分界面 同一平面 法线 等于 相同 2 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 波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射 2 折射定律波在介质中发生折射时 入射线 法线 折射线 即折射波线 在 内 入射线与折射线分别位于两侧 入射角的正弦值与折射角的正弦值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 对给定的两种介质 该比值为常数 同一平 面 法线 传播速度 传播速度 3 结论 当v1 v2时 i r 折射线法线 当v1 v2时 i r 折射线法线 当垂直界面入射 i 0 时 r 0 传播方向不变 是折射中的特殊情况 偏向 偏离 即学即用 判断下列说法的正误 1 在波的传播过程中 介质中所有参与振动的质点都可以看做是新的波源 2 同一波面上的各质点振动情况可能不相同 3 波发生反射和折射时波的频率都不变 但波长 波速均发生变化 4 波的折射和反射现象都可以用惠更斯原理解释 答案 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 向四面八方传播的波峰 波谷 是否会组成一个个圆 与这些圆的切线垂直的线能否表示波的传播方向 答案因为水波由波源向四周传开 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 组成一个个圆 与这些圆的切线垂直的线能表示波的传播方向 答案 知识深化 对惠更斯原理的理解 1 惠更斯原理中 同一波面上的各点都可以看做子波的波源 波源的频率与子波波源的频率相等 2 在各向同性均匀介质中 波线恒与波面垂直 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a正确 b错误 由波面和波线的概念 不难判定c d正确 例1 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 平面波的波线是垂直于波面的平行线 答案 解析 答案返回介质 时波的频率和波长均不变 进入介质 的波的频率不变 波速变化 由v f得 波长变化 二 波在反射 折射现象中的波长 频率和波速 导学探究 如图1所示 当波从介质 传播到两介质的交界面时 返回介质 的波和进入介质 的波的频率变化吗 波长变化吗 答案 图1 知识深化 对波的反射和折射的理解 1 频率是由振源决定的 介质中各个质点的振动都是受迫振动 因此不论是反射还是折射 波的频率是不改变的 2 波速是由介质决定的 波反射时是在同一介质中传播 因此波速不变 波折射时是在不同介质中传播 因此波速改变 3 波长是由频率和波速共同决定的 即在波的反射中 由于波的频率和波速均不变 根据公式 可知波长不改变 在波的折射中 当进入新的介质中波速增大时 由 可知波长变大 反之变小 解析反射波的波长 频率 波速与入射波的都相等 故a b错误 折射波的波长 波速与入射波的均不等 但频率相等 故c错误 d正确 例2如图2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 答案 解析 图2 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 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3所示 以下说法正确的是 答案 解析 图3 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 f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a正确 三 波的反射现象的应用 1 回声测距 1 当声源不动时 声波遇到了静止的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 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 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为s v声 v 2 超声波定位蝙蝠能发出超声波 超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来 蝙蝠就依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置 从而确定飞行方向 另外海豚 雷达也是利用波的反射来定位和测速的 答案325m 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 司机听到回声时汽车距山崖多远 v声 340m s 答案 解析 解析汽车运动 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 因汽车与声波运动时间同为t 则有x2 x1 2x 即v声t v汽t 2x 所以 达标检测 1 2 3 4 1 对惠更斯原理的理解 多选 下列关于惠更斯原理的说法正确的是a 惠更斯原理能够解释波的反射现象b 惠更斯原理能够解释波的折射现象c 介质中任何一个波面的各点 都可以看成发射子波的波源d 只有纵波才有波面 答案 1 2 3 4 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 深水区域和浅水区域视为不同介质 故波的传播方向发生改变 故d错误 2 波的反射和折射 多选 以下关于波的认识 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 答案 解析 1 2 3 4 3 波的反射和折射 如图4所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象 已知波在介质 中的波速为v1 波在介质 中的波速为v2 则v1 v2为 答案 解析 图4 由于声波在不同介质中传播时 频率不变 所以声波在介质 中传播时 频率为1700hz 1 2 3 4 4 波的反射和折射 一列声波在空气中的波长为0 2m 当该声波从空气中以某一角度传入介质 中时 波长变为0 6m 如图5所示 若空气中的声速是340m s 求 1 该声波在介质