沪科版选修34 2.4 惠更斯原理　波的反射与折射 学案.doc

2.4惠更斯原理波的反射与折射学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是波面、波线，知道它们之间的关系.2.了解惠更斯原理，知道用惠更斯原理描述波的方法.3.知道什么是波的反射，理解波的反射定律.(重点)4.知道什么是波的折射，理解波的折射定律.(重点)5.应用波的反射定律和折射定律解决有关问题.(难点)惠 更 斯 原 理1.在均匀介质中，质点的振动会向各个方向匀速传播，形成球面波.2.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，垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线.如图241所示.图2413.波面是平面的波叫做平面波.4.惠更斯原理的内容是：介质中波前上的各点，都可以看成是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面.1.只有平面波的波面才与波线垂直.()2.任何波的波线与波面都相互垂直.()3.任何波的波线都表示波的传播方向.()波面一定是平面吗？根据下图思考波线与波面的关系是怎样的.图242【提示】波面不一定是平面.波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面.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.1.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一定不同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e.波面可以表示波的传播方向【解析】按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2整数倍的质点的振动情况相同，故a对，b错.由波面和波线的概念，不难判定c、d正确.只有波线才能表示波的传播方向，e错误.故正确答案为a、c、d.【答案】acd2.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tt时刻波面的位置e.不同波面上的质点振动情况一定不相同【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，就可确定另一时刻波面的位置，d正确.不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位差相差2整数倍的质点的振动情况相同，故e错误.【答案】bcd利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤1.确定一列波某时刻一个波面的位置.2.在波面上取两点或多个点作为子波的波源.3.选一段时间t.4.根据波速确定t时间后子波波面的位置.5.确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面.6.由新的波面可确定波线及其方向.研究机械波的反射规律和折射规律1.机械波的反射规律(1)波遇到障碍物时会返回来继续传播，如图243所示.图243(2)反射定律入射角：入射波线与反射面法线的夹角，如图中的.反射角：反射波线与反射面法线的夹角，如图中的.反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线两侧，反射角等于入射角.2.机械波的折射规律(1)折射现象波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象，如图244所示.图244(2)折射规律频率：频率不变.波速：发生改变.波长：发生改变.(3)折射定律内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第种介质中的波速与波在第种介质中的波速之比.公式：.1.反射波的频率、波速与入射波相同.()2.折射波的频率、波速与入射波相同.()3.发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比. ()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.你能说出其中的道理吗？【提示】当用手附在耳旁时，手就可以反射一部分声波进入人耳，以提高耳的接收能力.1.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sv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远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s(v声v).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.3.波的反射、折射现象中各量的变化(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相等，即波源的振动频率相同.(2)波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化.(3)据vf知，波长与波速和频率有关.反射波与入射波，频率相同、波速相同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同.具体见下表所示.波现象波的反射波的折射 传播方向改变， 反入改变， 折入频率f不变不变波速v不变改变波长不变改变3.如图245所示为一束平面波从介质1进入另一种介质2的情形，则波从介质1进入介质2时波速将_(选填“增大”或“减小”)，其入射角和折射角的正弦之比为_.图245【解析】由公式可知，当v1v2时，ir，即折射角折向法线，折射角小于入射角；当v1v2时，ir，即折射角折离法线，折射角大于入射角；.【答案】增大4.一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率_，波长_【解析】由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变.又因波在水中速度较大，由公式vf可得，波在水中的波长变大.【答案】不变变大5.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.(1)该波的频率为_hz，在海水中的波速为_ m/s.(2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？【解析】(1)由f得f hz340 hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为v海f4.5340 m/s1 530 m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为hv海1 530 m382.5 m.(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间为t，则v物tv海t2 h代入数据解得t0.498 s.【答案】(1)3401 530(2)382.5 m(3)0.498 s回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播.