第2章 2.4 惠更斯原理　波的反射與折射

1、.2.4惠更斯原理波的反射與折射學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道什么是波面、波線，知道它們之間的關(guān)系.2.理解惠更斯原理，知道用惠更斯原理描繪波的方法.3.知道什么是波的反射，理解波的反射定律.重點(diǎn)4.知道什么是波的折射，理解波的折射定律.重點(diǎn)5.應(yīng)用波的反射定律和折射定律解決有關(guān)問題.難點(diǎn)惠 更 斯 原 理1.在均勻介質(zhì)中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)向各個(gè)方向勻速傳播，形成球面波.2.波在介質(zhì)中傳播時(shí)，任一時(shí)刻介質(zhì)振動(dòng)步調(diào)一樣的點(diǎn)的包絡(luò)面叫做波面；最前面的波面又叫波前，垂直于波面并指向波傳播方向的直線叫做波線.如圖241所示.圖2413.波面是平面的波叫做平面波.4.惠更斯原理的內(nèi)容是：介質(zhì)中波前上的

2、各點(diǎn)，都可以看成是一個(gè)新的波源子波源，并發(fā)出子波；其后，這些子波的包絡(luò)面就是新的波面.1.只有平面波的波面才與波線垂直.2.任何波的波線與波面都互相垂直.3.任何波的波線都表示波的傳播方向.波面一定是平面嗎？根據(jù)以下圖考慮波線與波面的關(guān)系是怎樣的.圖242【提示】波面不一定是平面.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.1.惠更斯原理的本質(zhì)：波面上的每一點(diǎn)面源都是一個(gè)次級(jí)球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率，此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動(dòng)的波面.其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動(dòng)狀態(tài)是由各處的波動(dòng)決定的.2.惠更斯原理的局限性：光的直線

3、傳播、反射、折射等都能用此來進(jìn)展較好的解釋.但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波顯然是不存在的.1.關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解，以下說法正確的選項(xiàng)是A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全一樣B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況一定不同C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D.無論怎樣的波，波線始終和波面垂直E.波面可以表示波的傳播方向【解析】按照惠更斯原理：波面是由振動(dòng)情況完全一樣的點(diǎn)構(gòu)成的面，而不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能一樣，如相位相差2整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況一樣，故A對(duì)，B錯(cuò).由波面和波線的概念，不難斷定

4、C、D正確.只有波線才能表示波的傳播方向，E錯(cuò)誤.故正確答案為A、C、D.【答案】ACD2.以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是A.空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波，其波面是一個(gè)球面，波線就是以波源為圓心的同心圓B.平面波的波線是一條直線，其波線互相平行C.根據(jù)惠更斯原理，波面各點(diǎn)都可看作一個(gè)子波源，子波前進(jìn)的方向的包絡(luò)面就是該時(shí)刻的波面D.利用惠更斯原理，只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定tt時(shí)刻波面的位置E.不同波面上的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一定不一樣【解析】球面波的波線沿球面的半徑方向，A錯(cuò)誤.平面波的波線是一條直線，由于波線與波面垂直，故平面波的波線互相平行，B正確.由惠更斯原理可知，C正確.利用惠更斯原理，只要

5、知道t時(shí)刻波面的位置和波速，就可確定另一時(shí)刻波面的位置，D正確.不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能一樣，如相位差相差2整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況一樣，故E錯(cuò)誤.【答案】BCD利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟1.確定一列波某時(shí)刻一個(gè)波面的位置.2.在波面上取兩點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)作為子波的波源.3.選一段時(shí)間t.4.根據(jù)波速確定t時(shí)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.6.由新的波面可確定波線及其方向.研究機(jī)械波的反射規(guī)律和折射規(guī)律1.機(jī)械波的反射規(guī)律1波遇到障礙物時(shí)會(huì)返回來繼續(xù)傳播，如圖243所示.圖2432反射定律入射角：入射波線與反射面法線的夾角，如圖中的.反射角：反射波線

6、與反射面法線的夾角，如圖中的.反射定律：反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線和入射波線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角.2.機(jī)械波的折射規(guī)律1折射現(xiàn)象波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，如圖244所示.圖2442折射規(guī)律頻率：頻率不變.波速：發(fā)生改變.波長(zhǎng)：發(fā)生改變.3折射定律內(nèi)容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第種介質(zhì)中的波速與波在第種介質(zhì)中的波速之比.公式：.1.反射波的頻率、波速與入射波一樣.2.折射波的頻率、波速與入射波一樣.3.發(fā)生波的折射時(shí)，折射角的大小一定和入射角成正比. 人們聽不清對(duì)方說話時(shí)，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ剑€習(xí)慣性

7、地把同側(cè)的手附在耳旁.你能說出其中的道理嗎？【提示】當(dāng)用手附在耳旁時(shí)，手就可以反射一部分聲波進(jìn)入人耳，以進(jìn)步耳的接收才能.1.回聲測(cè)距1當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了靜止障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播，由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度一樣，因此，入射波和反射波在傳播間隔 一樣的情況下，用的時(shí)間相等，設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲，那么聲源距障礙物的間隔 為sv聲.2當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的間隔 為sv聲v.3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遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的間隔 sv聲v.2.超聲波定位蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲

8、波，超聲波遇到障礙物或捕食目的時(shí)會(huì)被反射回來.蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動(dòng)方向.3.波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化1頻率f由波源決定：故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等，即波源的振動(dòng)頻率一樣.2波速v由介質(zhì)決定：故反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，波速不變，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化.3據(jù)vf知，波長(zhǎng)與波速和頻率有關(guān).反射波與入射波，頻率一樣、波速一樣，故波長(zhǎng)一樣，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，頻率一樣，波速不同，故波長(zhǎng)不同.詳細(xì)見下表所示.波現(xiàn)象波的反射波的折射 傳播方向改變， 反入改變， 折入頻率f不變不變波速

9、v不變改變波長(zhǎng)不變改變3.如圖245所示為一束平面波從介質(zhì)1進(jìn)入另一種介質(zhì)2的情形，那么波從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)波速將_選填“增大或“減小，其入射角和折射角的正弦之比為_.圖245【解析】由公式可知，當(dāng)v1v2時(shí)，ir，即折射角折向法線，折射角小于入射角；當(dāng)v1v2時(shí)，ir，即折射角折離法線，折射角大于入射角；.【答案】增大4.一列聲波從空氣中傳入水中，水中聲速較大，那么聲波頻率_，波長(zhǎng)_.【解析】由于波的頻率由波源決定，因此波無論在空氣中還是在水中頻率都不變.又因波在水中速度較大，由公式vf可得，波在水中的波長(zhǎng)變大.【答案】不變變大5.某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長(zhǎng)為1 m，波速為340 m/

10、s，在海水中的波長(zhǎng)為4.5 m.1該波的頻率為_Hz，在海水中的波速為_ m/s.2假設(shè)物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)過0.5 s聽到回聲，那么海水深為多少？3假設(shè)物體以5 m/s的速度由海面向海底運(yùn)動(dòng)，那么經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間聽到回聲？【解析】1由f得f Hz340 Hz，因波的頻率不變，那么在海水中的波速為v海f4.5340 m/s1 530 m/s.2入射聲波和反射聲波用時(shí)一樣，那么海水深為hv海1 530 m382.5 m.3物體與聲音運(yùn)動(dòng)的過程示意圖如下圖，設(shè)聽到回聲的時(shí)間為t，那么v物tv海t2h代入數(shù)據(jù)解得t0.498 s.【答案】13401 5302382.5 m30.498 s回聲測(cè)距的方法技巧利用回聲測(cè)距是波的反射的一個(gè)重要應(yīng)用，它的特點(diǎn)是聲源正對(duì)障礙物，聲源發(fā)出的聲波與回聲在同一條