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.,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.,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：入射角：入射波的与界面的夹角，如图3中的.反射角：反射波的与界面的夹角，如图3中的.反射规律：反射角入射角，即.,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.公式：.(3)相对折射率n12.,图4,进入,传播,波速,波速,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.,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，由得波长不等，故C错，D对.答案D,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6,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,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x2x12x，因汽车与声波运动时间同为t，则v声tv汽t2x所以xm325m.答案325m,返回,课堂要点小结,2.波的反射与折射,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,返回,自我检测区,1,2,3,4,1,2,3,4,1.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.,AD,1,2,3,4,2.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,1,2,3,4,3.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,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.,C,1,2,3,4,4.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，