2.4惠更斯原理

1、2.4惠更斯原理-波的反射与折 射2.4 惠更斯原理 波的反射与折射【教材分析】教材首先介绍了惠更斯原理， 要求学生了解 波面、波线等概念，学会利用惠更斯原理确定下 一时刻新的波面。 在此基础上引导学生观察和研 究波的反射现象和波的折射现象及其规律， 并利 用惠更斯原理进行论证。【教学目标】理解惠更斯原理知道波发生反射时，反射角等于入射角， 反 射波的频率，波速、波长都与入射波相同知道波发生折射是由于波在不同介质中速 度不同知道折射角与入射角的关系【教学重难点】 重点是使学生掌握波的反射与折射的规律难点是理解惠更斯原理【教学思路】通过现象引入新课，激发学生的好奇性， 然 后在教师的组织下首先学

2、习惠更斯原理， 使学生 了解波在传播时某一时刻的波面上的各点都可 以认为是一个新的波源，向各个方向发出子波， 由此可以确定下一时刻的波面。在此基础上，引 导学生对波的反射和折射规律分别进行探究和 论证。主要手段是先通过对实验现象的观察、分 析得出大致的规律， 进而利用惠更斯原理进行分 析论证，最后分别得出波的反射和折射现象中满 足的规律反射定律和折射定律。 这样教学的 目的在于使学生开阔视野， 了解科学家研究物理 现象的极为巧妙的思维方法。通过例题和练习， 使学生熟练掌握入射角、 反射角、折射角和折射率的概念和反射定律和折射定律，并会应用解题。【教学器材】发波水槽、投影仪、自制多媒体课件等【教

3、学过程】新课导入教师：各种波在传播过程中，遇到较大的障 碍物时，都会发生反射现象声波在遇到较大的 障碍物后也会反射回来 反射回来的声波传入人 耳，听到的就是回声，我们在山中、在大的空房 间里大声说话时，都会听到回声。学生：回顾生活中的体验。 教师：演示实验水波的反射现象， 并指 导学生观察认识 （采用发波水槽和实物投影仪） 。教师：提出问题：波为什么会有这样的现象 呢？其有何规律呢？要了解这些问题， 我们必须先学习惠更斯原 理。新课展示一、惠更斯原理1相关概念：波面、波前和波线：教师：引导学生思考问题： 如何表示波传播 的方向？然后指导学生阅读教材 40 页有关内容，理 解：（1）什么是波面？

4、什么是波线？（2）对于水波和空间一点发出的球面波和 平面波为例，如何理解波面和波线？(1) 在波的传播过程中，任一时刻介质中 任何振动状态相同的点联结成的面叫做波面， 又 叫波前。(2) 图中与各个波面垂直的线叫波线，用 来表示波的传播方向。2.相关概念：子波源和子波一一惠更斯原VafcjS2 Si、平面波vAtSi球面波教师：根据教材 40 页有关内容，边讲解边 画出下列板图，也可以 利用PPT的动画功能逐步画出下一时刻子波的 包络面，让学生理解惠更斯对波的传播的研究结果（1）理解并能叙述惠更斯原理：（ 1690 年 提出）介质中波前上的各点，都可以看做一个新 的波源（子波源），能够发出子波

5、；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）理解子波源、子波这一对概念（3）如何根据某时刻的波面和波线，作出 过一段时间后新的波面？二、研究机械波的反射规律 教师：在刚才的实验中大家看到，波遇到挡 板后传播方向发了改变， 那么入射到挡板上的水 波被反射后，他的传播方向有什么规律呢？结合课本图 2-24，引导学生利用惠更斯原理进行分析论证bcbcaiiii波的反射某时刻到达挡板 A点的波，作为子波源发出的波在下一时刻波面半径是 t，假如在t内B点作为子波源发出的子波面刚好到达 C点，则BB”点作为子波源发出的子波面应是从E2、Ei点所作半径分别为-t和 号的球面，从而作出这

6、33些球面的包络面。学生：阅读教材，理解反射现象；并证明波的反射定律。如果学生证明有困难，老师可在学生思考后 给出证明过程：zABC= ZADC=9 0。(波线垂直于波面)又i = /BAC, i =ZDCA(同角的余角相等)BC=AD= tsini =sinZBAC=鬆,sini =sin ZDCA=器故i= i,即反射角等于入射角。三、研究机械波的折射规律教师：在实物投影仪上再进行演示：(1) 在水波槽的一部分底面上放一块玻璃 板，把槽分成深水区和浅水区两部分。(2) 让水波由深水区射到两个区域的界面上，观察发生的现象。（3）明确观察到的现象：看到波由深水区进入浅水区能继续传播，但是改变了

7、传播方向 引导学生阅读教材4243页有关内容，看看书上的实验结果与我们观察到的现象是否一致；阅读课本上用惠更斯原理对波的折射定律所作出的证明过程。学生：阅读课文，解答下列思考并理解：（1）什么是波的折射？（2）什么叫入射角和折射角？（3）在波的折射中遵循什么规律？阅读课本上用惠更斯原理对波的折射定律所作出的证 明过程 教师：总结折射现象所遵从的规律：（1）波从一种介质射入另一种介质时，传 播的方向会发生改变，这种现象叫做波的折射。（2）入射波的波线与界面法线的夹角 i叫 做入射角。折射波的波线界与界面法线之间的夹 角r叫做折射角。（3）在波的折射中遵循下列规律：折射波与入射波的频率相同；折射波

8、和其中V1和V2是在介质I和介质H中的波速。由于波速是由介质决定的，故V1是一个只与两种V2介质有关而与入射角无关的常数，叫做第2种介 质相对第1种介质的折射率。用 n2i表示，则 n2i -V2如果V2V1，波在进入第2种介质后传播方向将远离法线的方向偏折。这与实验中波的折射现象一致：在水波的折 射演示实验中，水波到达浅水区后，传播速度减 小，传播方向向法线靠拢。我们观察到的正是这 样。案例分析【例1】有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在 其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛 2 s后司机听 到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声3 40 m/s)解析：本题中汽车在运动，声音在传播，使得

9、情景变得较复杂，画出汽车与声音运动过程示 意图如图所示，设汽车由 A到C位移为xi, C到山崖距离为X2,设汽车鸣笛到司机听到回声时 间为t，有t=2 s.贝y：乞 x =t.* v 声v声(340 15) 22m=325m .解得V 声 tX-jX2=【例2】如图所示，是声波从介质I进入介质的 折射情况，由图判断下面说法中正确的是 ( )A .入射角大于折射角，声波在介质 I中的 波速大于它在介质U中的波速B .入射角大于折射角，I可能是空气，n 可能是水C .入射角小于折射角，I可能是钢铁，n 可能是空气D.介质I中波速v1与介质n中波速v2满 足. V1 = sin 2* v2 sin

10、1解析：选A .图中MN为介质界面，虚线为 法线，01为入射角，&为折射角，从图可直接看 出入射角大于折射角(00)，则选项C错误；根 据折射规律有 = -1，所以V1 V2，选项D错 sin 2 V2误，选项A正确；声波在液体、固体中的速度大 于在气体中的速度，选项B错误.反馈练习1 如图所示，某列波以60。的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射 和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90,此波在乙介质中的波速为1.2xi05km/s.该波的折射角为(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？正确答案:(1)由反射定律可得反射角为60由题图的几何关系可得折射角为r=30(2)由波的折射定律得sin isin 60乙0 乙sin rsin 3052.08 10 km/s课堂总结本节的知识点（概念和规律）较多，可概括 如下：一个原理：惠更斯原理 两种现象：波的反射和波的折射 两个定律：波的反射定律、波的折射定律 多个概念：波面、波前、波线、入射角、反 射角、折射角家庭作业与活动教科书第 4