2022年高中物理第章机械波惠更斯原理波的反射与折射教师用书教科版选修- .pdf

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1、1 惠更斯原理波的反射与折射学 习 目 标知 识 脉 络1. 通过实验， 建立球面波和平面波的概念，理解子波源的形成( 难点 ) 2了解惠更斯原理( 难点 ) 3知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射，理解反射定律和折射定律的内容及其特点( 重点) 4运用惠更斯原理解释波的反射和折射现象 ( 难点 )惠 更 斯 原 理 先填空 1从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，叫做波面，最前面的波面叫做波前波面是平面的波称为平面波；波面是圆( 球)形的波称为圆( 球) 形波2从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波动的传播方向平面波的波线是垂直于波面的平行线，圆形波

2、的波线是沿着以波源为中心的半径方向向外的射线3内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前这就是惠更斯原理 再判断 1任何波的波线都表示波的传播方向( )2波面一定与波线垂直 ( )3波面一定是平面 ( )4波的传播方向与波面平行( ) 后思考 1根据惠更斯原理可得出：波在传播过程中，一个波源变成了无数个波源，这种说法正确吗？【提示】不正确波源只有一个，而子波的波源有无数个2波面一定是平面吗？根据图2-4-1 和图 2-4-2 思考波线与波面的关系是怎样的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

3、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 图 2-4-1图 2-4-2【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对波线、波面的理解(1) 波面波源引起的振动在介质中向各个方向传播，如果把某一时刻振动状态相同的点连接起来组成一个面，这个面就叫做波面例如： 球面波：波面是以波源为球心的一个个球面，波线经过这些球面的半径，这种波为球面波平面波：波面是平面的波为平面波(2) 波线用来表示波的传播方向，在同性介质中波线与波面垂直(3) 波面

4、与波线的关系图 2-4-3波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播， 水波的波面是以波源为圆心的一簇圆波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向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(4) 无论是球形波，还是平面波，同一波面上的各质点振动情况完全相同2惠更斯原理的应用(1) 应用惠更斯原理解释波现象的步骤：确定一列波某时刻一个波面的位置；在波面上取两点或多个点作为子波的波源；选一段时间t；根据波速确定t时间后子波波面的位置；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

5、- - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 3 确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面；由新的波面可确定波线及其方向(2) 利用惠更斯原理解释波的传播如图 2-4-4 甲所示，以O为球心的球面波在时刻t的波面为 ，按照惠更斯原理，面上每个点都是子波的波源设各个方向的波速都是v，在 t时间之后各子波的波面如图中虚线所示，虚线圆的半径是vt. 是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面 在时间 t后的新位置可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为vt，表示波向前传播了vt的距离与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播( 如图 2-4-4

6、乙所示 ) 图 2-4-41下列说法中正确的是( ) 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E子波的波速与频率等于初级波的波速和频率【解析】不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A错误， B正确；只有波线才表示波的传播方向，选项C正确， D错误波面上的每一点( 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，E对【答案】BCE 2人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于_( 已知声音在空气中的传播速度为340 m/s)

7、 【解析】从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s 时，人与障碍物间的距离最小单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t0.12 s 0.05 s ，故人离障碍物的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 4 最小距离xvt3400.05 m 17 m. 【答案】17 m 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

8、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波的反射和折射 先填空 1波的反射(1) 定义波在传播的过程中， 遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射(2) 波的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、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、 频率和波速都与入射波相同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) 波的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 ) 在同一

9、平面内， 入射线与折射线分别位于法线两侧，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传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比对给定的两种介质，该比值为常数，即v1v2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 5 sin isin r. (3) 波的折射特点在折射中，波的频率保持不变，波速和波长都会发生变化，根据vf，当波进入新的介质后，若波速增大，则波长变大；若波速减小，则波长减小 再判断 1入射波的波线与界

10、面的夹角叫入射角( )2反射波的频率、波速与入射波相同( )3折射波的频率、波速与入射波相同( )4发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比. ( ) 后思考 1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？图 2-4-5【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2折射角和入射角总是相等吗？【提示】由公式sin isin rv1v2，因在不同介质中波传播速度一般不同，因而入射角与折射角不相等1波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：波现象波的反射波的折射

11、传播方向改变ii改变ri频率f 不变不变波速v 不变改变波长 不变改变2. 回声测距名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 6 当声源不动时， 声波遇到了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，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声t2. 3惠更斯原理对波的反射的解释如图 2-4-6 中a、b、c是入射波的波线，a、b、c是反射波

12、的波线过a的入射点A作AB，在波面AB上找三点A、C、B作为子波源；设波速为v，取时间间隔tBBv；作 t时间后子波源A、C、B发出的子波波面如图；画出子波波面的包络面AB，根据波线与波面的方位关系画出反射波线如图2-4-6.图 2-4-6在直角三角形ABB和直角三角形BAA中，AB是公共边，由于波从B传播到B所用的时间与波从A传播到A所用的时间是一样的而波在同种介质中的波速相同，故BBAA. 因此直角三角形ABB直角三角形BAA，所以AABBBA，入射角i和反射角i分别为BBA和AAB的余角，所以ii，也就是说，在波的反射中，反射角等于入射角3以下关于波的认识，正确的是( ) A潜水艇利用声

13、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吸波材料，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直线传播D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象E声呐仪利用的是波的折射现象【解析】声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确， C、E错误 D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象，D正确隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的， B正确【答案】ABD 4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. 名师资料总

14、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 7 (2) 若物体在海面上发出的声音经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fv得：f3401 Hz340 Hz. 因波的频率不变，则在海水中的波速为v海f4.5 340 m/s 1 530 m/s. (2) 入射声波和反射声波用时相同，则海水深为sv海t21 5300.52 m382.5 m. (

15、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t2s. 代入数据解得t0.498 s. 【答案】(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s 处理波的折射问题的三点技巧1弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象 ( 当波垂直入射时不发生折射现象) 2抓住入射波与折射波的区别与联系：波的频率相同、波速不同、波长不同3计算时，注意公式“sin isin rv1v2”中角度与速度的对应；另外，可结合vf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系(sin isin r12) 解决有关波长的问题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -