高中物理人教版选修3-4《12.6惠更斯原理》(共27张PPT)

1、 阅读教材阅读教材4040页波面和波线内容，页波面和波线内容， 思考：思考： （1 1）什么是波面？什么是波线？）什么是波面？什么是波线？ （2 2）对于水波和空间一点发出的球面波）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？和平面波为例，如何理解波面和波线？ 一、波面和波线一、波面和波线 2 2、波线：、波线：与波面与波面_且指向且指向_的直线，如图所示的直线，如图所示 波面 波线 波面 波线 波面和波线的关系：波面和波线的关系：_ 1 1、波面：、波面：在波的传播过程中，任一时刻在波的传播过程中，任一时刻_都相同都相同 的点所组成的面；的点所组成的面； 振动状态振动状

2、态 ( (类比等势面）类比等势面） 垂直垂直传播方向传播方向 （类比电场线）（类比电场线） 垂直垂直 （类似电场线与等势面的关系）（类似电场线与等势面的关系） 箭头表示波的传播方向的线箭头表示波的传播方向的线 某一时刻波动所达到某一时刻波动所达到_的各点所连成的曲面的各点所连成的曲面 球面波球面波 4波的分类波的分类 (1)球面波：波面是球面波：波面是_的波的波,如空气中的声波。如空气中的声波。 (2)平面波：波面是平面波：波面是_的波，如水波。的波，如水波。 3、波前、波前 球面球面 平面平面 最前方最前方 课堂互动讲练课堂互动讲练 对波线、波面的认识对波线、波面的认识 （多选）下列说法中（

3、多选）下列说法中正正确的是确的是 ( ) A只有平面波的波面才与波线垂直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任何波的波线与波面都相互垂直 C任何波的波线表示波的传播方向任何波的波线表示波的传播方向 D有些波的波面表示波的传播方向有些波的波面表示波的传播方向 BCBC 波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波波在各向同性的均匀介质中传播时，波速、波 振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是，振面形状、波的传播方向等均保持不变。但是， 如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介如果波在传播过程中遇到障碍物或传到不同介 质的界面时，则波速、波振面形状、以及波的质的界面时，则波速

4、、波振面形状、以及波的 传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、传播方向等都要发生变化，产生反射、折射、 衍射、散射等现象。衍射、散射等现象。 如何解释这些现象呢？如何解释这些现象呢？ 阅读教材阅读教材40-4140-41页惠更斯原理部分，思考：页惠更斯原理部分，思考： (1) (1)理解并能叙述惠更斯原理：理解并能叙述惠更斯原理： ( (2 2) )理解子波源、子波这一对概念理解子波源、子波这一对概念 (3) (3)如何根据某时刻的波面和波线，作出过一段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？时间后新的波面？ 1.1.惠更斯原理：惠更斯原理： 解读：解读： 说明说明 . .知

5、某一时刻波面，可用几何方法决定下一时刻波面；知某一时刻波面，可用几何方法决定下一时刻波面； . . 该原理对非均匀媒质也成立该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播，只是波前的形状和传播 方向可能发生变化。方向可能发生变化。 (1) (1) 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源； (2) (2) 所有子波源各自向外发出许多子波；所有子波源各自向外发出许多子波； (3) (3) 各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所 传播到的新波面。传播到的新波面。 二二 、惠更斯原理、惠更斯原理

6、内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波 的的_，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的 _就是新的波面就是新的波面 波源波源 包络面包络面 . . . . . . . . . t 时刻的波面 t + t时刻的波面 子波波源 tv 二二 、惠更斯原理、惠更斯原理 确定下一时刻平面波的波面确定下一时刻平面波的波面 确定下一时刻球面波的波面确定下一时刻球面波的波面 . . . . . . . . . . . . . . 子波波源子波波源 t + t时刻时刻 的波面的波面 t 时刻时刻 的波面的波面 tu 二

7、二 、惠更斯原理、惠更斯原理 例例(多选）多选）关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是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无论怎样的波，波线始终和波面垂直 ACDACD 阅读教材阅读教材40 4140 41页波的反射和波的折射内页波的反射和波的折射内 容，思考理解：容，思考理解： 1 1、书上的实验结果与我

8、们观察到的现象是、书上的实验结果与我们观察到的现象是 否一致？否一致？ 2 2、回顾什么是光的反射和折射？、回顾什么是光的反射和折射？ 3 3、体会用惠更斯原理尝试对波的反射定律、体会用惠更斯原理尝试对波的反射定律 作出证明。作出证明。 三、波的反射三、波的反射 反射角反射角ii：反射波的波线与平面法线的夹角：反射波的波线与平面法线的夹角 入射角入射角i i：入射波的波线与平面法线的夹角：入射波的波线与平面法线的夹角 波遇到障碍物时会返回继续传播的现象波遇到障碍物时会返回继续传播的现象 i i 法线法线 平面平面 规律（与光的反射定律相同）：规律（与光的反射定律相同）： 1 1、入射线、法线、

9、反射线在同一平面内，入射角等、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射角等 于反射角于反射角 2 2、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同 经经 t t后，后，B B点发射的子波到达界面处点发射的子波到达界面处B点，点，A A 点发射的子波到达点发射的子波到达AA点点。同种介质，波速不变。同种介质，波速不变。 三、波的反射定律证明三、波的反射定律证明 i ii i A B a c b a c b 由惠更斯原理，由惠更斯原理，A A、B B为同一波面上的两点为同一波面上的两点 AABB AABBAB ABBABA ii 证毕证毕 tv A B C 例例1：

10、 例例2、人耳只能区分相差人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，以上的两个声音， 人要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至人要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至 少要大于少要大于() A34 mB17 m C100 m D170 m B 思考：思考：在空房间里讲话为什么听不到回声？在空房间里讲话为什么听不到回声？ 声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由 于距离近，于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳原声与回声几乎同时到达人耳人耳只能分开相差人耳只能分开相差 0.1s0.1s以上的声音以上的声音。所以，在房间里听不到回声，但

11、人在房间里讲。所以，在房间里听不到回声，但人在房间里讲 话感觉声音比在野外大。话感觉声音比在野外大。 二二、波波的的反反射射现现象象的的应应用用 1 回回声声测测距距： 当当声声源源不不动动时时， 声声波波遇遇到到了了障障碍碍物物会会返返 回回来来继继续续传传播播，反反射射波波与与入入射射波波在在同同一一介介质质中中传传播播速速 度度相相同同，因因此此，入入射射波波和和反反射射波波在在传传播播距距离离一一样样的的情情 况况下下，用用的的时时间间相相等等，设设经经过过时时间间t听听到到回回声声，则则声声 源源距距障障碍碍物物的的距距离离为为s v 声声 t 2 . ( 2 ) 当当声声源源以以速

12、速度度v 向向静静止止的的障障碍碍物物运运动动或或障障碍碍物物以以速速 度度v向向静静止止的的声声源源运运动动时时，声声源源发发声声时时障障碍碍物物到到声声源源 的的距距离离为为s ( v 声声v ) t 2 . （1） （2） 4、 隐形飞机隐形飞机F117F117 雷达确定目标示意图雷达确定目标示意图 雷达雷达是利用无线电波发现目标并测定是利用无线电波发现目标并测定 其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定 向传播的特点，因此，当雷达波碰到飞行目向传播的特点，因此，当雷达波碰到飞行目 标标( (飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会飞机、导弹）等时，一部分雷

13、达波便会 反射回来，根据反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便反射雷达波的时间和方位便 可以计算出飞行目标的位置。可以计算出飞行目标的位置。 一般飞机能够较强一般飞机能够较强反射反射雷达波，隐形雷达波，隐形 飞机的表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料飞机的表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料 ，极大地减少了雷达波的反射，达到，极大地减少了雷达波的反射，达到“隐隐 形形”的目的。的目的。 如图甲所示是在高速公路上用超声波速度仪测量车速的示意图，如图甲所示是在高速公路上用超声波速度仪测量车速的示意图， 测速仪固定并正对被测物发出和接收超声波脉冲信号，根据发出和接收测速仪固定并正对被测物发出和接收超声波脉冲信号

14、，根据发出和接收 到的信号的时间差，测出被测物体的速度图乙是测量仪记录脉冲信号到的信号的时间差，测出被测物体的速度图乙是测量仪记录脉冲信号 得到的纸带，得到的纸带，p p1 1、p p2 2表示测速仪发出的超声波信号，表示测速仪发出的超声波信号，n n1 1、n n2 2表示表示p p1 1、p p2 2经经 汽车反射回来汽车反射回来的信号设记录时纸带匀速移动，的信号设记录时纸带匀速移动， p p1 1、p p2 2之间之间的时间间隔的时间间隔 t t1.0 s1.0 s，超声波在空气中传播的速度是，超声波在空气中传播的速度是v v340 m/s340 m/s，若汽车是匀速，若汽车是匀速 行驶

15、的，则根据图乙可知，汽车在接收到行驶的，则根据图乙可知，汽车在接收到p p1 1、p p2 2两个信号之间的时间内两个信号之间的时间内 前进的距离是多少？汽车的速度是多大？前进的距离是多少？汽车的速度是多大？ 波的反射现象的应用波的反射现象的应用 【思路点拨思路点拨】超声波遇到障碍物会反射回来从发超声波遇到障碍物会反射回来从发 出超声波到收到超声波的时间就是波来回运动的时间，出超声波到收到超声波的时间就是波来回运动的时间， 而中间时刻就是跟物体相遇的时刻而中间时刻就是跟物体相遇的时刻 【答案答案】17 m17.9 m/s 界面界面 介质介质I I 介质介质IIII 四、波的折射四、波的折射 折

16、射角（折射角（r）：）：折射波的波线与法线的夹角折射波的波线与法线的夹角 波从一种介质进入另一种介质时，波的传波从一种介质进入另一种介质时，波的传 播方向发生了改变的现象播方向发生了改变的现象 i r 法线法线 2 1 sin sin v v r i 四、波的折射四、波的折射 折射定律：折射定律： 入射线、法线、折射线共面，入射线与折入射线、法线、折射线共面，入射线与折 射线分居法线两侧入射角、折射角的正弦比射线分居法线两侧入射角、折射角的正弦比 等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比等于波在第一种介质和第二种介质中的速度比 折射的原因：波在不同介质中速度不同折射的原因：波在不同介质中速度不

17、同 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点 i r A B C D i r tv 1 经t后，B点发射的子波到达界面处D点，A 点的到达C点， AD BD i sin AD tv 1 AD AC r sin AD tv 2 2 1 sin sin v v r i 证毕证毕 四、波的折射定律证明四、波的折射定律证明 tv 2 说明：说明： (1)频率频率f由由_决定决定 (2)波速波速v由由_决定决定 (3)据据vf知，波长知，波长与与_及及_有关有关 波源波源 介质介质 v vf f 猜想：猜想：波的反射、折射与光遵守同样的规律，那光是波或波是波的反射、折射与光遵守同样的规律，那光是波或波是 光呢？光呢？ 特别提醒：特别提醒： (1)(1)波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传 播播_不同不同 (2)(2)对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即沿原方向传播，对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即沿原方向传播， 但介质发生了变化，其但介质发生了变化，其_