第二章第4節(jié)惠更斯原理波的反射與折射

1、第4節(jié)惠更斯原理_波的反射與折射關(guān)鍵語句晨長均相同4.在波的折射現(xiàn)象中，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等 于波在第一種介質(zhì)中的波速與波在第二種介質(zhì)中的波速之1. 由波源發(fā)出的波，經(jīng)過同一時間到達(dá)的各點所組成的面為波面,它一定與表示波傳播方向的波線垂直。2. 波傳播時，波面上的各點都可以看做是子波源，從子波源發(fā)出的子波所形成的包絡(luò)面，就是新的波前。3. 在波的反射現(xiàn)象中反射波的波線與法線的夾角一定等于入射波的波線與法線的夾角，且反射波與入射波的頻率、波速、波由皐礎(chǔ)到重詩由活學(xué)到活用新知個牛擊砸惠更斯原理自讀教材抓基礎(chǔ)1. 幾個概念'E=f?+波血 甲圖形遽(1) 波面：從波源發(fā)岀的波

2、經(jīng)過同一傳播時間而達(dá)到的各點所組成的面，如圖所示。波面(2) 波前：最前面的波面。(3) 平面波：波面是平面的波。(4) 圓形波：波面是圓形的波。(5) 波線：從波源沿著波的傳播方向畫出的帶箭頭的線，用來表示波的傳播方向，波線 與波面總是垂直的。2. 惠更斯原理(1)內(nèi)容：波在傳播過程中所到達(dá)的每一點都可看做新的波源，從這些點發(fā)出球面形狀 的子波，其后任一時刻這些子波波前的包絡(luò)面就是新的波前。(2)應(yīng)用：可以用幾何作圖的方法，由已知的某一時刻波前確定下一時刻波前，從而確 定波的傳播方向。跟隨名師解疑難1. 對波線與波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面?zhèn)鞑?，水波的波面是以波源為圓

3、心的一簇圓。(2)波線是有方向的一簇線，它的方向代表了波的傳播方向。(3)波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面。2.惠更斯原理的實質(zhì)波面上的每一點(面源)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時刻總的波動的波面。其核心思想是：介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的。3.應(yīng)用惠更斯原理解釋波的現(xiàn)象的步驟(1)確定一列波某時刻一個波面的位置;(2)在波面上取兩點或多個點作為子波的波源;(3)選一段時間At;(4)根據(jù)波速確定 A時間后子波波面的位置;(5)確定子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面，即為新的波面;

4、(6)由新的波面可確定波線及其方向。學(xué)后自檢(小試身手)多選下列說法中正確的是()A .只有平面波的波面才與波線垂直B.任何波的波線與波面都相互垂直C .任何波的波線都表示波的傳播方向D .有些波的波面表示波的傳播方向解析：選BC 不管是平面波，還是球形波，其波面與波線均垂直，選項A錯誤，選項B正確。只有波線才表示波的傳播方向，選項C正確，D錯誤。I波的反射自讀教材抓基礎(chǔ)1.反射現(xiàn)象波遇到兩種介質(zhì)的分界面時會返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,入射波.法統(tǒng)反射渡如圖所示。2.反射角和入射角反射而(1)入射角：入射波的波線與界面法線的夾角，如圖中的(Xo(2)反射角：反射波的波線與界面法線的夾角，如圖中

5、的3.反射規(guī)律反射波的波長、頻率和波速都與入射波相同。4.反射定律入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線和反射線分別位于法線兩側(cè)，反射角等 于入射角。跟隨名師解疑難1.對波的反射的理解(1)波發(fā)生反射時波的傳播方向發(fā)生了變化。(2)反射波和入射波在同一介質(zhì)中傳播，介質(zhì)決定波速，因此波速不變，波的頻率是由 波源決定的，因此波的頻率也不改變，根據(jù)公式匸V/f，可知波長也不改變。2. 波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用(1)回聲測距：當(dāng)聲源不動時，聲波遇到了障礙物會返回來繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)用的時間相等，設(shè)經(jīng)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的

6、距離為s=V聲2。當(dāng)聲源以速度V向靜止的障礙物運(yùn)動或障礙物以速度V向靜止的聲源運(yùn)動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s= (V聲+ V) 2。遠(yuǎn)離聲源時，聲源發(fā)聲時障礙當(dāng)聲源以速度 V遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度V 物到聲源的距離s= (V聲一V) 2。(2)超聲波定位：蝙蝠能發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時會被反射回來，蝙蝠就根據(jù)接收 到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置，從而確定飛行方向。另外海豚、雷達(dá)也 是利用波的反射來定位或測速的。(小試身手)學(xué)后自檢有一輛汽車以15 m/S的速度勻速行駛，在其正前有一陡峭山崖,汽車鳴笛2 S后司機(jī)聽到回聲，此時汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(

7、V聲=340 m/ S)解析：若汽車靜止，問題就簡單了?，F(xiàn)在汽車運(yùn)動，聲音傳播,如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動過程示意圖。設(shè)汽車由A到C路程為9,C點到山崖B距離為S；聲波由A到B再反射到C路程為S2,因汽車與聲波運(yùn)動時間同為t, 則有 S2 = S1 + 2s,即V聲t= V汽t+ 2s。所以s=2(V聲一V汽 t (340 15 F 2m = 325 m。答案：325 m波的折射自讀教材抓基礎(chǔ)1.折射現(xiàn)象波在傳播過程中,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，波傳播的方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，如圖所示。2.折射規(guī)律折射波的頻率與入射波的頻率相同。波速和波長都發(fā)生變化。3. 折射定律(1)入射線、法線折射線(即折

8、射波線)在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分別位于法線兩 側(cè)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于波在第一種介質(zhì)中的傳播速度跟波在第二種介質(zhì)中的傳播速度之比。v1 sini公式：vr而。跟隨名師解疑難1.波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化波現(xiàn)象比較項波的反射波的折射傳播方向改變 i= i'改變戸i頻率f不變不變波速V不變改變波長入不變改變2.對折射定律的理解(2)理解折射的原因：波在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同。由于波在一種介質(zhì)中的波速是一定的，所以是一個只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與入v 1 “21 = 。V 2V 2射角、折射角均無關(guān)的常數(shù)，叫做第二種介質(zhì)相對第一種介質(zhì)的折射率，所以當(dāng)V 1>

9、;V2時，i>r,折射波的波線靠近法線；當(dāng) V1VV2時，ivr,折射波的波線遠(yuǎn)離法 線。當(dāng)垂直于界面入射(i= 0°時，r = 0°傳播方向不變。(小試身手)學(xué)后自檢仆質(zhì)I15如圖是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時發(fā)生的現(xiàn)象，已知波在介質(zhì)I中的波速為V1,波在介質(zhì)n中的波速為V2,則V1 : V2為(A. 1 ：迄Ba/2 : 1C.V3 :迄 d":曲解析：選C 根據(jù)題圖可知入射角i = 60°折射角r=45°由波的折射定律±得亠shn| =羋。故C對。V 2 Sin 45 運(yùn)昌把握-命題熱點知規(guī)律授技巧知能步出升級I波

10、的反射的應(yīng)用典題例析4.5 m。1. 某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m，波速為340 m/s,在海水中的波長為m/s。(1) 該波的頻率為 Hz，在海水中的波速為(2) 若物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5 s聽到回聲，則海水深為多少？若物體以5 m/s的速度由海面向海底運(yùn)動，則經(jīng)過多長時間聽到回聲？思路點撥解答本題時應(yīng)注意以下兩點:(1)波的頻率、波速與介質(zhì)的關(guān)系;(2)回聲時間與波程的對應(yīng)關(guān)系。解析：(1)由 f=:得：f =亍 Hz = 340 Hz。因波的頻率不變，則在海水中的波速v 海=入 土 4.5 X 340 m/s = 1 530 m/ s。(2)入射聲波和反射聲波用時相同，

11、則海水深t0.5s= v 海2= 1 530X2 m = 382.5 m。(3)物體與聲音運(yùn)動的過程示意圖如圖所示。設(shè)聽到回聲的時間為 t,則v 物 t+ v 海 t= 2s代入數(shù)據(jù)解得：t= 0.498 S。答案：(1)3401 530(2)382.5 m (3)0.498 s探規(guī)尋律(1)利用回聲測定距離時，要特別注意聲源是否運(yùn)動，若聲源運(yùn)動，聲源發(fā)出的原聲至 障礙物再返回直到聽到回聲的這段時間與聲源的運(yùn)動時間相同。(2)解決波的反射問題，關(guān)鍵是根據(jù)物理情景規(guī)范作出幾何圖形，然后利用幾何知識結(jié) 合物理規(guī)律進(jìn)行解題。跟蹤演練當(dāng)一個探險者進(jìn)入一個山谷后，為了估測出山谷的寬度，他吼一聲后，經(jīng)過右

12、邊山坡反射回來的聲音，又經(jīng)過1.5 s后聽到左邊山坡反射回來的聲音，若聲速為340 m/s,則這個山谷的寬度約為()0.5 s聽到B. 340 mC. 425 mD. 680 m解析：選C 右邊的聲波從發(fā)出到反射回來所用時間為ti= 0.5 S,左邊的聲波從發(fā)出到1 1反射回來所用的時間為t2 = 2 S。山谷的寬度s=2v(t1+ t2)= X 340 X 2.5 m = 425 m；故C正確。SimI波的折射的應(yīng)用典題例析2. 如圖所示，某列波以60。的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時發(fā)生反射和折射，若反射波的波線與折射波的波線的夾角為90°，此波在乙介質(zhì)中的波速為1.2 X

13、 105 km/s。(1)該波的折射角為(2)該波在甲介質(zhì)中的傳播速度為多少?(3)該波在兩種介質(zhì)中的波長比為多少?思路點撥解答本題時應(yīng)注意以下幾點:(1)由幾何關(guān)系求折射角。(2)由折射定律求波速。(3)由v =入及波在兩種介質(zhì)中頻率相同求波長之比。解析：(1)由反射定律可得反射角為60°由題圖的幾何關(guān)系可得折射角為r = 30°(2)由波的折射規(guī)律v 甲 sin i十sin isin 60 °2. . _5，所以 v 甲=乙=.” 乙=二-X 1.2X 10 km/S =Sin 廠Sin rsin 30122.08 X05 km/ S。v因波長 Lf，又因為波

14、在兩種介質(zhì)中的頻率相同，則答案：(1)30 ° (2)2.08 X 105 km/s V3探規(guī)尋律波的反射和折射問題中各物理量的變化規(guī)律：(1)頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個質(zhì)點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是 折射，波的頻率是不改變的。(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時是在同一介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時是 在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變。(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變,v根據(jù)公式 匸f可知波長不改變；在波的折射中，當(dāng)進(jìn)入新的介質(zhì)中波速增大時，由于波的v頻率由波源決定即頻率不變，由Lf可知波長變大。跟蹤演練圖中1、2、3分別

15、代表入射波、反射波、折射波的波線，則 (A. 2與1的波長、頻率相等，波速不等B. 2與1的波速、頻率相等，波長不等C. 3與1的波速、頻率、波長均相等D. 3與1的頻率相等，波速、波長均不等解析：選D 波1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等,錯。波1、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播,波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由波長不同，故C錯，D對。也應(yīng)用-落實體驗課學(xué)對點練課下綜合練課堂雙基落實1.下列說法中正確的是 （A .水波是球形波B.聲波是球形波C .只有橫波才能形成球形波D .只有縱波才能形成球形波解析：選B 若波面是球形,則為球形波，與橫波、縱波無關(guān)，由此可知B正確，C

16、、D錯誤。由于水波不能在空間中傳播，所以它是平面波,A不正確。2.多選下列說法正確的是（）入射波面與法線的夾角為入射角B.入射波面與界面的夾角為入射角入射波線與法線的夾角為入射角 反射角跟入射角相等錯，C對；反射角等于入射角,D對。解析：選CD 本題考查入射角的概念，它指入射波線與界面法線的夾角，選項3如圖為直線波的反射情形， 已知/ A = 30。，則下列說法錯誤的是（A. / B = 30B./ C= 90C .入射波前進(jìn)方向與障礙物之間夾角為60D .反射波前進(jìn)方向與障礙物之間夾角為60解析：選B 由題圖可知/ A= 30°則入射角為30°則反射角也為30°

17、 /B= 30° /C= 120 ； A正確，B錯誤；入射波前進(jìn)方向與障礙物之間夾角即入射波的波線與障礙物的夾角為60 °,反射波前進(jìn)方向與障礙物之間夾角也為60 : C、D正確。4. 如圖表示聲波從介質(zhì)I進(jìn)入介質(zhì)n的折射情況，由圖判斷下面說法中正介質(zhì)I'ND確的是（B.）曲>也，聲波在介質(zhì)I中的波速大于它在介質(zhì)n中的波速01>也，1可能是空氣，n可能是水曲小于02,i可能是鋼鐵，n可能是空氣D .介質(zhì)I中波速v 1與介質(zhì)n中波速v2滿足一=sin-00v2 sin 01解析：選A本題以圖的形式給出信息，對同學(xué)們的觀察和信息提取能力要求較高。圖中MN為介

18、質(zhì)界面，虛線為法線，01為入射角，02為折射角，從圖中可直接看出入射角大n于折射角（01> 02）,則選項C錯誤；根據(jù)波的折射定律有護(hù)=sin 0 > 1,所以v 1 > v 2,V 2 sin 0選項D錯誤，選項 A正確；聲波在液體、固體中的傳播速度大于在氣體中的傳播速度，選項錯誤。課下綜合檢測1在室內(nèi)講話的聲音比在室外空曠處講話的聲音要洪亮，是因為A. 室內(nèi)空氣不流動B. 室內(nèi)聲波多次反射C. 室內(nèi)聲波發(fā)生折射D. 室內(nèi)物體會吸收聲波解析：選B 在室內(nèi)聽到的聲音洪亮是因為聲波在室內(nèi)墻壁上經(jīng)過多次反射而得到加強(qiáng)，故B正確。2.多選關(guān)于對惠更斯原理的理解，下列說法正確的是（）

19、A .同一波面上的各質(zhì)點振動情況完全相同B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點的振動情況相同C 球形波的波面是以波源為中心的一個個球面D .無論怎樣的波，波線始終和波面垂直解析：選ACD 任何振動狀態(tài)相同的點都組成一個個波面，故A正確，B錯誤;球形波的波面是以波源為球心的一個個球面，故C正確；由波線的定義知，波線與波面垂直,正確。3.多選以下關(guān)于波的認(rèn)識，哪些是正確的 （）A 潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B.隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形 的目的C 雷達(dá)的工作原理是利用波的折射D 水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)

20、象解析：選ABD A、B、C選項中應(yīng)用了波的反射現(xiàn)象；A、B正確、C錯誤；D選項應(yīng)用了波的折射現(xiàn)象， 深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質(zhì)，故波的傳播方向發(fā)生改變， 故D正確。4.一列波在第一種均勻介質(zhì)中的波長為汕在第二種均勻介質(zhì)中的波長為，且入=3 %,那么波在這兩種介質(zhì)中的頻率之比和波速之比分別為A. 3： 1,1 :B.1 : 3,1 : 4C. 1 : 1,3 :1 : 1,1 : 3解析：選C由于波的頻率由波源決定，因此v 1f1 = f2,已知 為=3 ，由v =入可得一=v 2也=3 臉f2= 1。5.同一音叉發(fā)出的聲波在水和空氣中傳播，某時刻的波形曲線如圖所示，以下說法正確的是（）A

21、 .聲波在水中波長較大,b是空氣中聲波的波形曲線B.聲波在空氣中波長較大,C .水中質(zhì)點振動頻率較高,a是水中聲波的波形曲線D .空氣中質(zhì)點振動頻率較高，a是空氣中聲波的波形曲線解析：選A波的頻率取決于波源的振動頻率，與介質(zhì)無關(guān)，故同一音叉發(fā)出的聲波在與波的水中與在空氣中傳播時頻率相同。但機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì),v = f ?知，聲波在水中的波頻率無關(guān)，聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度。由長應(yīng)較大，對應(yīng)于題圖中波形曲線b,故只有A正確。6.甲、乙兩人平行站在一堵墻前面，二人相距2a,距離墻均為近a,當(dāng)甲開了一槍后,乙在時間t后聽到第一聲槍響，則乙聽到第二聲槍響的時間為（）A .甲開槍4t后B.甲開槍3t后C .甲開槍2t后i I7T<i It= 2aov解析：選C 乙聽到第一聲槍響必然是甲放槍的聲音直接傳到乙的耳中，故甲、乙二人及墻的位置如圖所示，乙聽到第二聲槍響必然是墻反射的槍聲,由反射定律可知，波線如圖中 AC和CB,由幾何關(guān)系可得：AC = CB = 2a，故第二聲槍響傳到乙的耳AC + CB 4a中的時間為t = = 2