高中物理 第12章 机械波 6 惠更斯原理课件 新人教选修34.ppt

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1、6惠更斯原理惠更斯原理2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三2填一填练一练1.波面和波波面和波线线(见课见课本第本第40页页)(1)概念概念波面波面:波波传传播播过过程中程中,任何振任何振动动状状态态相同的点都相同的点都组组成了一个个成了一个个圆圆,这这些些圆圆叫作一个个波面。叫作一个个波面。波波线线:与波面垂直的那些与波面垂直的那些线线代表了波的代表了波的传传播方向播方向,叫作波叫作波线线。如。如图图所示。所示。(2)波的分波的分类类球面波球面波:由空由空间间一点一点发发出的波出的波,它的波面是以波源它的波面是以波源为为球心的一个球心的一个个球面个球面,波波线线就是就是这这些

2、球面的半径些球面的半径,这样这样的波称的波称为为球面波。球面波。(如如图图甲甲)平面波平面波:指波面是平面的波。指波面是平面的波。(如如图图乙乙)2021/8/11 星期三3填一填练一练2.惠更斯原理惠更斯原理(见课见课本第本第40页页)(1)内容内容:介介质质中任一波面上的各点中任一波面上的各点,都可以看作都可以看作发发射子波的波源射子波的波源,其其后任意后任意时时刻刻,这这些子波在波前些子波在波前进进方向的包方向的包络络面就是新的波面。面就是新的波面。(2)解解释现释现象的象的过过程程:如果知道某如果知道某时时刻一列波的某个波面的位置刻一列波的某个波面的位置,还还知道波速知道波速,利用惠更

3、斯原理可以得到下一利用惠更斯原理可以得到下一时时刻刻这这个波面的位置个波面的位置,从从而确定波的而确定波的传传播方向。播方向。2021/8/11 星期三4填一填练一练3.波的反射和折射波的反射和折射(见课见课本第本第41页页)(1)反射反射现现象象:波遇到介波遇到介质质界面会返回来界面会返回来继续传继续传播的播的现现象。象。(2)折射折射现现象象:波从一种介波从一种介质进质进入另一种介入另一种介质时质时,波的波的传传播方向播方向发发生生改改变变的的现现象。如象。如图图所示。所示。(3)入射角、反射角和折射角入射角、反射角和折射角:入射角入射角:入射波的波入射波的波线线与界面法与界面法线线的的夹

4、夹角角,如如图图中中i、1。反射角反射角:反射波的波反射波的波线线与界面法与界面法线线的的夹夹角角,如如图图中中i。折射角折射角:折射波的波折射波的波线线与界面法与界面法线线的的夹夹角角,如如图图中中2。2021/8/11 星期三5填一填练一练关于对惠更斯原理的理解,下列说法错误的是()A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同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解析:按照惠更斯原理:波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面,故选项A正确,B错误;由波面和波线的概念,不难判定选项C、D正确。答案:B2021/8/

5、11 星期三6探究一探究二探究三探究一探究一对对惠更斯原理的理解惠更斯原理的理解问题导问题导引引如如图图是波在是波在传传播播过过程中的一种程中的一种现现象。象。(1)此此图图是波的什么是波的什么现现象象?(2)利用惠更斯原理能解利用惠更斯原理能解释释此此现现象象吗吗?2021/8/11 星期三7探究一探究二探究三2021/8/11 星期三8探究一探究二探究三名名师师精精讲讲1.惠更斯原理的惠更斯原理的实质实质波面上的每一点波面上的每一点(面源面源)都是一个次都是一个次级级球面波的子波源球面波的子波源,子波的波速子波的波速与与频频率等于初率等于初级级波的波速和波的波速和频频率率,此后每一此后每一

6、时时刻的子波波面的包刻的子波波面的包络络面就是面就是该时该时刻刻总总的波的波动动的波面。其核心思想是介的波面。其核心思想是介质质中任一中任一处处的波的波动动状状态态是由各是由各处处的波的波动动决定的。决定的。2.惠更斯原理的局限性惠更斯原理的局限性光的直光的直线传线传播、反射、折射等都能用此来播、反射、折射等都能用此来进进行行较较好的解好的解释释。但是。但是,惠更斯原理是比惠更斯原理是比较较粗糙的粗糙的,用它不能解用它不能解释释衍射衍射现现象与狭象与狭缝缝或障碍物或障碍物大小的关系大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波而倒退波显显然是不存在的

7、。然是不存在的。2021/8/11 星期三9典例剖析典例剖析【例例题题1】下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是()A.空空间间点波源点波源发发出的球面波出的球面波,其波面是一个球面其波面是一个球面,波波线线就是以波源就是以波源为圆为圆心的同心心的同心圆圆B.平面波的波平面波的波线线是一条直是一条直线线,其波其波线线相互平行相互平行C.根据惠更斯原理根据惠更斯原理,波面各点都可看作一个子波源波面各点都可看作一个子波源,子波前子波前进进的方的方向的包向的包络络面就是面就是该时该时刻的波面刻的波面D.利用惠更斯原理利用惠更斯原理,只要知道只要知道t时时刻波面的位置和波速刻波面的位置和波速,就可确定就

8、可确定t+t时时刻波面的位置刻波面的位置解析解析:球面波的波球面波的波线线沿球面的半径方向沿球面的半径方向,A错误错误;平面波的波平面波的波线线是一是一条直条直线线,由于波由于波线线与波面垂直与波面垂直,故平面波的波故平面波的波线线相互平行相互平行,B正确正确;由由惠更斯原理可知惠更斯原理可知,C正确正确;利用惠更斯原理利用惠更斯原理,只要知道只要知道t时时刻波面的位刻波面的位置和波速置和波速,就可确定另一就可确定另一时时刻的波面的位置刻的波面的位置,D正确。正确。答案答案:BCD探究一探究二探究三2021/8/11 星期三10探究一探究二探究三变式训练1导学号38190060下列说法正确的是

9、()A.波在介质中传播的过程中,振动相同的点连接起来组成的面就叫做波面B.波线是用来表示波的传播方向的,波线与波面总是垂直的C.无论是球面波,还是平面波,同一波面上各点的振动情况完全一样D.波面上的各点都可以看作一个个新的小波源,称为子波,子波在前进方向上任意时刻形成的包络面,就是新波面2021/8/11 星期三11探究一探究二探究三解析:振动相同的点在同一时刻组成的面,叫波面,故A错误;波线表示波的传播方向,在同一种介质中传播时,波线与波面总是垂直,表示为一条直线,在不同介质中传播时,表示为折线或曲线,但总跟在对应介质中的波面垂直,故B正确;波面是同一时刻各点连线组成的,其上各点振动情况一样

10、,可以看作相同的一个个新的小波源,这些波向前传播情况一样,经过相同时间到达的位置的连线又可以连接成一个面,就形成新的波面,故C、D均正确。答案:BCD2021/8/11 星期三12探究一探究二探究三探究二波的反射及其探究二波的反射及其应应用用问题导问题导引引人人们们听不清听不清对对方方说话时说话时,除了除了让让一只耳一只耳朵转朵转向向对对方方,还习惯还习惯性地把性地把同同侧侧的手附在耳旁的手附在耳旁,这样这样做是利用声波的什么特点提高耳做是利用声波的什么特点提高耳朵朵的接收的接收能力能力?2021/8/11 星期三13探究一探究二探究三名名师师精精讲讲1.波的反射波的反射波遇到障碍物会返回来波

11、遇到障碍物会返回来继续传继续传播的播的现现象。反射波的波象。反射波的波长长、频频率和率和波速都跟入射波相同波速都跟入射波相同,利用波的反射可以利用波的反射可以进进行回声行回声测测距和超声波定距和超声波定位。位。2.回声回声测测距距(1)当声源不当声源不动时动时,声波遇到了静止障碍物会返回来声波遇到了静止障碍物会返回来继续传继续传播播,由于由于反射波与入射波在同一介反射波与入射波在同一介质质中中传传播速度相同播速度相同,因此因此,入射波和反射入射波和反射波在波在传传播距离一播距离一样样的情况下的情况下,用的用的时间时间相等相等,设经过时间设经过时间t听到回声听到回声,则则声源距障碍物的距离声源距

12、障碍物的距离为为2021/8/11 星期三14探究一探究二探究三(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(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3.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。2021/8/11 星期三15探究一探究二探究三2021/8/11 星期三16探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例例题题2】如如图图所示所示,有一有一辆辆汽汽车车

13、以以15m/s的速度匀速行的速度匀速行驶驶,在其正前方有一陡在其正前方有一陡峭山崖峭山崖,汽汽车鸣车鸣笛笛2s后司机听到回声后司机听到回声,此此时时汽汽车车距山崖的距离有多距山崖的距离有多远远?(v声声=340m/s)2021/8/11 星期三17探究一探究二探究三解析:汽车匀速行驶,速度为v车=15 m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+xx1+x=v声t=340 m/stx2=v车t=15 m/st

14、联立得x=325 m。答案:325 m2021/8/11 星期三18探究一探究二探究三变式训练2当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340m/s,则这个山谷的宽度约为()A.170mB.340mC.425mD.680m解析:右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2s。山谷的宽度答案:C2021/8/11 星期三19探究一探究二探究三2021/8/11 星期三20探究一探究二探究三探究三波的反射、折射探究三波的反射、折射现

15、现象中各量的象中各量的变变化化问题导问题导引引如如图图所示两波的示意所示两波的示意图图,波由介波由介质质进进入介入介质质时频时频率率变变化化吗吗?波波长长变变化化吗吗?2021/8/11 星期三21探究一探究二探究三名名师师精精讲讲波向前波向前传传播在两介播在两介质质的界面上同的界面上同时发时发生了反射和折射生了反射和折射现现象象,一些物一些物理量相理量相应发应发生了生了变变化化,比比较较如下如下:2021/8/11 星期三22探究一探究二探究三说明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即波源的振动频率相同。2.波速v由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速

16、不变;而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化。3.据v=f知,波长与v及f有关,即与介质及波源有关,反射波与入射波在同一介质中传播,频率相同,故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播,f相同,v不同,故不同。2021/8/11 星期三23探究一探究二探究三2021/8/11 星期三24探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例例题题3】一列声波在空气中的波一列声波在空气中的波长为长为0.25m。当。当该该声波声波传传入某入某种介种介质质中中时时,波波长变为长变为0.8m,若空气中的声速是若空气中的声速是340m/s。求。求:(1)该该声波在介声波在介质质中中传传播播时时的的频频率。率。(

17、2)该该声波在介声波在介质质中中传传播的速度。播的速度。点点拨拨:(1)当声波从一种介当声波从一种介质进质进入另一种介入另一种介质时频质时频率不率不变变。(2)机械波在任何介机械波在任何介质质中中传传播播时时波速公式都成立。波速公式都成立。2021/8/11 星期三25探究一探究二探究三解析:(1)声波在空气中传播时,由v=f得由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1360Hz。(2)由v=f得v2=2f=0.81360m/s=1088m/s。答案:(1)1360Hz(2)1088m/s2021/8/11 星期三26探究一探究二探究三变式训练3导学号38190

18、061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所示,以下说法正确的是()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2021/8/11 星期三27探究一探究二探究三解析:波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同。但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度。由v=f知,声波在水中的波长应较大,对应于题图中波形曲线b,

19、故只有选项A正确。答案:A2021/8/11 星期三28123451.下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A.水波是球面波水波是球面波B.声波是球面波声波是球面波C.只有横波才能形成球面波只有横波才能形成球面波D.只有只有纵纵波才能形成球面波波才能形成球面波解析解析:根据球面波的定根据球面波的定义义可知可知:若波面是球面若波面是球面则为则为球面波球面波,与横波、与横波、纵纵波无关波无关,由此可知由此可知选项选项B正确正确,C、D错误错误;由于水波不能在三由于水波不能在三维维空空间间中中传传播播,所以它不是球面波所以它不是球面波,选项选项A错误错误。答案答案:B2021/8/11 星期三29

20、123452.下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A.只有平面波的波面才与波只有平面波的波面才与波线线垂直垂直B.任何波的波任何波的波线线都跟波面垂直都跟波面垂直C.任何波的波任何波的波线线都能表示波的都能表示波的传传播方向播方向D.有些波的波面表示有些波的波面表示传传播方向播方向解析解析:任何波任何波线线都与波面互相垂直都与波面互相垂直,A错误错误,B正确正确;波波线线表示波的表示波的传传播方向播方向,C正确正确,D错误错误。答案答案:BC2021/8/11 星期三30123453.下列下列现现象中属于声波反射象中属于声波反射现现象的是象的是()A.隔着隔着墙墙能听到房能听到房间间外面有

21、人外面有人讲话讲话B.音响音响设备设备制作制作时时要考要考虑虑混合效混合效应应C.夏日的雷声有夏日的雷声有时轰鸣时轰鸣不不绝绝D.在水里的人能听到岸上的声音在水里的人能听到岸上的声音解析解析:反射反射现现象是波在同一种介象是波在同一种介质质中的中的传传播播,因此因此选项选项B、C正确。正确。波在不同种介波在不同种介质质中中传传播是折射播是折射现现象象,选项选项D不正确不正确;A是衍射是衍射现现象象,选选项项A也不正确。也不正确。答案答案:BC2021/8/11 星期三31123454.下列下列说说法正确的是法正确的是()A.波波发发生反射生反射时时,波的波的频频率不率不变变,波速波速变变小小,

22、波波长变长变短短B.波波发发生反射生反射时时,频频率、波率、波长长、波速均不、波速均不变变C.波波发发生折射生折射时时,波的波的频频率不率不变变,但波但波长长、波速、波速发发生生变变化化D.波波发发生折射生折射时时,波的波的频频率、波率、波长长、波速均、波速均发发生生变变化化解析解析:波波发发生反射生反射时时,在同一种介在同一种介质质中运中运动动,因此波因此波长长、波速和、波速和频频率率不不变变;波波发发生折射生折射时时,频频率不率不变变,波速波速变变,波波长变长变,故故选项选项B、C正确正确,A、D错误错误。答案答案:BC2021/8/11 星期三32123455.导导学号学号3819006

23、2(选选做做题题)某物体某物体发发出的声音在空气中的波出的声音在空气中的波长为长为1m,波速波速为为340m/s,在海水中的波在海水中的波长为长为4.5m。(1)该该波的波的频频率率为为Hz,在海水中的波速在海水中的波速为为m/s。(2)若物体在海面上向海水若物体在海面上向海水发发出的声音出的声音经经1.5s听到回声听到回声,则则海水深海水深为为多少多少?解析解析:(1)由由v=f得得因波的因波的频频率不率不变变,则则波在海水中的波速波在海水中的波速为为v海海=海海f=4.5340m/s=1530m/s。(2)入射声波和反射声波用入射声波和反射声波用时时相同相同,则则海水深海水深为为答案答案:(1)3401530(2)1147.5m2021/8/11 星期三332021/8/11 星期三34