2017年高中物理第2章机械波2.4惠更斯原理波的反射与折射学案沪科版选修3-4

1、4 惠更斯原理波的反射与折射1.知道什么是波面和波线2 了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律.知识，储备区知迟链接1.光的反射定律：光从一种介质入射到两种介质的分界面时发生反射，反射光线与入射光 线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角. 新知呈现2.惠更斯原理： 介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源（子波源）,并发出子波; 其后，这些子波的包络面就是新的波面.3. 波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内, 入射波的波线与反射波的波线分别

2、位于法线的两侧，而且反射角等于入射角.4. 波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波 的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,学习探究区基础自学落实重点旦动探究一、惠更斯原理问题设计把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰（波谷）为什么组成一个个的圆形吗？答案 因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰（波谷）组成一个个的圆形.要点提炼学习目标定位的反射与折射现象在第二种介质中的波速之比,即sinsini virV2温故泻本溯源 推陈方可

3、却新等于波在第一种介质中的波速跟波21.波面和波线（1）波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面.最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波.(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1 所示为球面波的波面与波线示意图.液面球面涯图 12.惠更斯原理(1) 内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后,这些子波的包络面就是新的波面这就是惠更斯原理.(2) 作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向.【例 1

4、】利用惠更斯原理解释这个现象：如图2 所示，在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的狭缝时，在狭缝后面的波纹呈圆形，且以缝为圆心沿半径方向向周边传去.图 2答案因波在传播过程中所到达的每一点都可看做新波源，所以当波面到达挡板上的狭缝 时，位于狭缝的点是新波源，故狭缝后面形成以狭缝为中心的圆形波纹向外传播.二、机械波的反射和折射问题设计1. 我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案 机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见.例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射.2.

5、 请用惠更斯原理推导波的反射定律.答案 如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a、b、c三条波线不同时到达界面，过a的入射点A作波面AF,在波面AF上找三点A C3BBB作为子波源；设波速为V，取时间间隔 t= ;作t时间后子波源A C B发出的子波波面B F，根据波线与波面的方位关系画出反射波线.4在直角三角形AB B和直角三角形B AA中，AB是公共边,角形全等，有：/AAB=ZBB A所以有：i =i，即波的反射中，反射角等于入射角.要点提炼1 波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象.入射角和反射角：图 31入射角：入射波的波线与

6、界面法线的夹角，如图3 中的a.2反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图3 中的B.3反射规律：反射角等于入射角，即a=3.2波的折射(1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象如图(2)折射定律内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比.Vi相对折射率ni2=忑B B= A A,因此两直角三4 所示.公式:sinisinrvV2hI人射波线i反対派线5延伸思考波向前传播的过程中， 在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象,你知道反射波和折射6波的频率 仁波速V和波长入各自是如何变化的？请完成下表、现象 比较

7、项、波的反射波的折射频率f不变不变波速V不变改变波长入不变改变A. 2 与 1 的波长、频率相等，波速不等B. 2 与 1 的波速、频率相等，波长不等C. 3 与 1 的波速、频率、波长均相等D. 3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等解析 波 1、2 都在介质a中传播，故 1、2 的频率、波速、波长均相等,A、B 错；波 1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由入=v得波长不等,故 C 错，D 对.答案 D针对训练 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 6 所示，以下说法正确的是（A. 声波在水中波长较大，B. 声波在空气中波长较大，C.

8、 水中质点振动频率较高，D. 空气中质点振动频率较高,答案 A图 6b是水中声波的波形曲线b是空气中声波的波形曲线a是水中声波的波形曲线a是空气中声波的波形曲线7说明频率f由波源决定；波速V由介质决定；由V=入f知，波长入与频率f、波速V有关【例 2 图 5 中 1、2、3 分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则（）8汽车与声波运动时间同为t，则v声t=v汽t+ 2x答案 325 m课堂娶点尔结用惠更斯原理推导波的反射定律波的反射定律：反射角=入射角.用惠更斯原理推导波的折射定律 波的折射定律：铝=3相对折射率：心自我*彳佥;则区检測学习效果体验成功快乐1.下列说法中不正确的是（）A. 只有

9、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答案 AD解析 任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故 B、C 正确，A、D 错误.解析 波源相同，声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由 长大，故选 A.三、波的反射现象的应用v=入f可知，水中波【例 3 有一辆汽车以 15 m/s 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？（v声=340 m/s）解析 若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图设汽

10、车由A到C路程为xi,C点到山崖B距离为X；声波由A到B再反射到C路程为X2,则有X2=Xi+ 2x,因所以X=:皿-132X2-m= 325 m.1 惠更斯原理波面与波线惠更斯原理2 波的反射与波的折射92.关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是（）A. 同一波面上的各质点振动情况完全相同B. 同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同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答案 ACD3.声波从声源发出，在空中向外传播的过程中（）A.波速在逐渐变小B.频率在逐渐变小C.振幅在逐渐变小D.波长在逐渐变小答案 C解析 声波在空中向外传播时，不管是否

11、遇到障碍物而引起反射，其波速只由空气介质决定.频率（由振源决定）和波长（入=v/f）均不变，所以 A B、D 错；又因为机械波是传递能 量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C 正确.4.下列关于波的认识，哪些是正确的（）A. 潜艇利用声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隐形物质，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反射D. 水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象答案 ABC解析 A、B C 选项中应用了波的反射现象；D 选项应用了波的折射现象，深水区和浅水区视为不同介质，故波的传

12、播方向发生改变，故D 错误.学案导练设计基础题1.下列说法中正确的是（）A. 水波是球面波B. 声波是球面波C. 只有横波才能形成球面波D. 只有纵波才能形成球面波答案 B10解析该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与是横波还是 纵波无关，故 C、D 不正确，由此可知 B 正确.由于水波不能在空间中传播，所以它是平面 波，A 不正确.112.下列说法正确的是（）A. 入射波面与法线的夹角为入射角B. 入射波面与界面的夹角为入射角C. 入射波线与法线的夹角为入射角D. 入射角跟反射角相等 答案 CD3.下列说法正确的是（）A. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长

13、变短B. 波发生反射时，频率、波长、波速均不变C. 波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化答案 BC解析波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率均不变；波发生折射时, 频率不变，波速变，波长变.故B C 正确，A D 错误.4.如图 1 所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质I中A. 1 :2C. 3 :2答案 CsiniVi一八visin 603 丄,、丄十十“解析由折射疋律=，可知一=,故 C 选项正确.sinrV2V2sin 45 寸 25.人耳只能区分相差0.1 s 以上的两个声音，人

14、要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于（）A. 34 m B . 17 m C . 100 m D . 170 m答案 B6.甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距2am,距墙均为，3am,当甲开了一枪后,乙在ts 后听到第一声枪响，则乙在什么时候才听到第二声枪响（）的波速为vi,波D. 2 :3解析 声波在空气中传播的速度约为340 m/s.因此 2s=vt,s=vt2=17 m, B 正确.12A.听不到B.甲开枪后 3t s13答案 C解析 如图所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所用时间t=弓第二声枪响是声波经墙反射后传到乙.根据波的反射定律，反射后声波所走最短 路程s= 2a2

15、+3a2m = 4am,sf4a所需时间t=s=賢v v由得：t= 2t，故 C 正确.能力题7.如图 2 所示，图（a）是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图.测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度.图（b） 中P、F2是测速仪发出的超声波信号，ni、n2分别是Pi、P2由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描，P、F2之间的时间间隔t= 1.0 s，超声波在空气中传播速度是v= 340 m/s.若汽车个信号的时间间隔内前进的距离为：S1S2= - =2m= 17 m.已知测速仪扫描，由题图（b）记录的数据可求出汽车前进（S1S2）这段距离所用的

16、时间为At（0.1、一S1S217At=At= i1.0 I s = 0.95 s .汽车运动的速度v= m/s17.922 JAt0.95m/s.&如图 3 所示，a、b、c分别为入射波、反射波、折射波，已知入射波波速v= 10 m/s,入射角i为 30,反射波线与折射波线相垂直，求折射波的速度.C.甲开枪后 2tsD. 甲开枪后是匀速行驶，则根据图（b）可知，汽车在接收到R、P?两个信m 汽车的速度是m/s.14(a)1.|lillllllllli|lilll.Illlll.RLIIIJ.山II3II1AAFmi4 :、_Jb)答案1717.9解析设汽车在接收到P、P2两个信号时距测速仪的

17、距离分别为S1、S2,则有：2S1 2S2=，其中t=3.5 0.5X1 s=0.1 s .汽车在接收到 R、P2两15答案 17.3 m/s解析 由图可知波的折射角r= 60,由折射定律:2Vi=X10 m/s17.3 m/s.19.一列声波在空气中的波长为34 cm,传播速度为 340 m/s，这列声波传入另一介质时，波 长变为 68 cm,则它在这种介质中的传播速度是多少？该声波在空气中与介质中的频率各是 多少？答案 680 m/s 1 000 Hz 1 000 Hz解析 在空气中f入=v,f=V鷲J=1 000 Hz,波由一种介质进入另一种介质时，入 34X10 m_2频率不变，所以在介质中f入=v,v= 1 000X68X10