惠更斯原理波的反射與折射

2.4惠更斯原理波的反射與折射【教材分析】教材首先介紹了惠更斯原理，要求學(xué)生了解波面、波線等概念，學(xué)會利用惠更斯原理確定下一時刻新的波面。在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生觀察和研究波的反射現(xiàn)象和波的折射現(xiàn)象及其規(guī)律，并利用惠更斯原理進(jìn)行論證。【教案目標(biāo)】理解惠更斯原理知道波發(fā)生反射時，反射角等于入射角，反射波的頻率，波速、波長都與入射波相同知道波發(fā)生折射是由于波在不同介質(zhì)中速度不同知道折射角與入射角的關(guān)系【教案重難點】重點是使學(xué)生掌握波的反射與折射的規(guī)律難點是理解惠更斯原理【教案思路】通過現(xiàn)象引入新課，激發(fā)學(xué)生的好奇性，然后在教師的組織下首先學(xué)習(xí)惠更斯原理，使學(xué)生了解波在傳播時某一時刻的波面上的各點都可以認(rèn)為是一個新的波源向各個方向發(fā)出子波，由此可以確定下一時刻的波面。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對波的反射和折射規(guī)律分別進(jìn)行探究和論證。主要手段是先通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析得出大致的規(guī)律，進(jìn)而利用惠更斯原理進(jìn)行分析論證最后分別得出波的反射和折射現(xiàn)象中滿足的規(guī)律一一反射定律和折射定律。這樣教案的目的在于使學(xué)生開闊視野，了解科學(xué)家研究物理現(xiàn)象的極為巧妙的思維方法。通過例題和練習(xí)，使學(xué)生熟練掌握入射角、反射角、折射角和折射率的概念和反射定律和折射定律，并會應(yīng)用解題。【教案器材】發(fā)波水槽、投影儀、自制多媒體課件等【教案過程】?新課導(dǎo)入教師：各種波在傳播過程中，遇到較大的障礙物時，都會發(fā)生反射現(xiàn)象.聲波在遇到較大的障礙物后也會反射回來.反射回來的聲波傳入人耳，聽到的就是回聲，我們在山中、在大的空房間里大聲說話時，都會聽到回聲。學(xué)生：回顧生活中的體驗。教師：演示實驗一一水波的反射現(xiàn)象，并指導(dǎo)學(xué)生觀察認(rèn)識(采用發(fā)波水槽和實物投影儀)。學(xué)生：觀察實驗，認(rèn)識現(xiàn)象。教師：提出問題：波為什么會有這樣的現(xiàn)象呢？其有何規(guī)律呢？要了解這些問題，我們必須先學(xué)習(xí)惠更斯原理。?新課展示一、惠更斯原理1.相關(guān)概念：波面、波前和波線：教師：引導(dǎo)學(xué)生思考問題：如何表示波傳播的方向？然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材40頁有關(guān)內(nèi)容，理解：(1)什么是波面？什么是波線？(2)對于水波和空間一點發(fā)出的球面波和平面波為例，如何理解波面和波線？學(xué)生：閱讀教材，思考理解：(1)在波的傳播過程中，任一時刻介質(zhì)中任何振動狀態(tài)相同的點聯(lián)結(jié)成的面叫做波面，又叫波前。(2)圖中與各個波面垂直的線叫波線，用來表示波的傳播方向。2.相關(guān)概念：子波源和子波一一惠更斯原理

教師：根據(jù)教材40頁有關(guān)內(nèi)容，邊講解邊畫出下列板圖，也可以利用PPT的動畫功能逐步畫出下一時刻子波的包絡(luò)面，讓學(xué)生理解惠更斯對波的傳播的研究結(jié)果學(xué)生：閱讀教材，思考理解：⑴球面波 ⑵平面波（1）理解并能敘述惠更斯原理：（1690年提出）介質(zhì)中波前上的各點，都可以看做一⑴球面波 ⑵平面波個新的波源（子波源），能夠發(fā)出子波；其后，這些子波的包絡(luò)面就是新的波面，這就是惠更斯原理。（2） 理解子波源、子波這一對概念（3） 如何根據(jù)某時刻的波面和波線，作出過一段時間后新的波面？二、研究機械波的反射規(guī)律教師：在剛才的實驗中大家看到，波遇到擋板后傳播方向發(fā)了改變，那么入射到擋板上的水波被反射后，他的傳播方向有什么規(guī)律呢？結(jié)合課本圖2-24，引導(dǎo)學(xué)生利用惠更斯原理進(jìn)行分析論證.某時刻到達(dá)擋板A點的波作為子波源發(fā)出的波在下一時刻波面半徑是uAt，假如在At

內(nèi)B點作為子波源發(fā)出的子波面剛好到達(dá)C點，則B’、B”點作為子波源發(fā)出的子波面應(yīng)是, At 2At ,從E2、E1點所作半徑分別為u-3和u亍的球面，從而作出這些球面的包絡(luò)面。學(xué)生：閱讀教材，理解反射現(xiàn)象；并證明波的反射定律。如果學(xué)生證明有困難，老師可在學(xué)生思考后給出證明過程：?.NABC=zADC=90°(波線垂直于波面)又/nBAC，i，=」DCA(同角的余角相等)BC=AD=uAtBC AD.?.sini=sin」BAC= ，sini’=sin」DCA=AC AC故i=i'，即反射角等于入射角。三、研究機械波的折射規(guī)律教師：在實物投影儀上再進(jìn)行演示：(1)在水波槽的一部分底面上放一塊玻璃板，把槽分成深水區(qū)和淺水區(qū)兩部分。(2)讓水波由深水區(qū)射到兩個區(qū)域的界面上，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。(3)明確觀察到的現(xiàn)象：看到波由深水區(qū)進(jìn)入淺水區(qū)能繼續(xù)傳播，但是改變了傳播方向。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材42?43頁有關(guān)內(nèi)容，看看書上的實驗結(jié)果與我們觀察到的現(xiàn)象是否一致；閱讀課本上用惠更斯原理對波的折射定律所作出的證明過程。解：學(xué)生：閱讀課文，解答下列思考并理

解：什么是波的折射？什么叫入射角和折射角？在波的折射中遵循什么規(guī)律？閱讀課本上用惠更斯原理對波的折射定律所作出的證明過程。教師：總結(jié)折射現(xiàn)象所遵從的規(guī)律：(1)波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播的方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做波的折射。(2)入射波的波線與界面法線的夾角i叫做入射角。折射波的波線界與界面法線之間的夾角r叫做折射角。在波的折射中遵循下列規(guī)律：③在波的折射中，入射角耳和折射角e2③在波的折射中，入射角耳和折射角e2之間有下述關(guān)系V

TV下述關(guān)系V

TV2 1這就是波的折射定律。sin0這就是波的折射定律。其中％和V2是在介質(zhì)I和介質(zhì)II中的波速。由于波速是由介質(zhì)決定的，故％是一個只與兩種介質(zhì)有V2- . V關(guān)而與入射角無關(guān)的常數(shù)叫做第2種介質(zhì)相對第1種介質(zhì)的折射率。用n21表示則n21=—2如果v2<v1，波在進(jìn)入第2種介質(zhì)后傳播方向?qū)⑾蚩拷ň€的方向偏折。如果v2>v1，波在進(jìn)入第2種介質(zhì)后傳播方向?qū)⑦h(yuǎn)離法線的方向偏折。

這與實驗中波的折射現(xiàn)象一致：在水波的折射演示實驗中，水波到達(dá)淺水區(qū)后，傳播速度減小，傳播方向向法線靠攏。我們觀察到的正是這樣。?案例分析【例1】有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車鳴笛2s后司機聽到回聲，此時汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)?（v聲340m/s）解讀：本題中汽車在運動，聲音在傳播，使得情景變得較N聲矣復(fù)雜，畫出汽車與聲音運動過程示意圖如圖所示，設(shè)汽車由A汽車$'聲 1到C位移為％，C到山崖距離為七，設(shè)汽車鳴笛到司機聽到回聲時間為，，有t=2s.vt-xvt-vt(340-15)X2解得x2= _1=聲2車= 2 m=325m.【例2】如圖所示，是聲波從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)II的折射情況，由圖判斷下面說法中正確的是（ ）入射角大于折射角，聲波在介質(zhì)I中的波速大于它在介質(zhì)I中的波速入射角大于折射角，I可能是空氣，I可能是水入射角小于折射角，I可能是鋼鐵，I可能是空氣sin0sin0sin0iD.介質(zhì)I中波速v1與介質(zhì)I中波速v2滿足：—v2sin0

sin0解讀：選A.圖中MN為介質(zhì)界面，虛線為法線，可為入射角，％為折射角，從圖可直接看出入射角大于折射角（4>q）sin0

sin022

v1>v，選項Dv1>vB錯誤.?反饋練習(xí)1.2x105km/s.(1)該波的折射角為1.2x105km/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？正確答案：(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)由波的折射定律得_| sinisin600 v3u=—u=_u=—^x1.2x105=2.08x105km/s?課堂總結(jié)本節(jié)的知識點(概念和規(guī)律)較多，可概括如下：—個原理：惠更斯原理兩種現(xiàn)象：波的反射和波的折射兩個定律：波的反射定律、波的折射定律多個概念：波面、波前、波線、入射角、反射角、折射角?家庭