6　惠更斯原理

1、第十二章 机械波 12.6 惠更斯原理 情景导入墙壁的传音性比空气好得多,但把门窗关闭后(如图所示),外面传入室内的声音却明显地减弱,这是为什么?1.波面和波线(见课本第40页)(1)概念波面:波传播过程中,任何振动状态相同的点都组成了一个个圆,这些圆叫作一个个波面。波线:与波面垂直的那些线代表了波的传播方向,叫作波线。如图所示。(2)波的分类球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一个个球面,波线就是这些球面的半径,这样的波称为球面波。(如图甲)平面波:指波面是平面的波。(如图乙) 要点学习2.惠更斯原理(见课本第40页)(1)内容:介质中任一波面上的各点,都可以看作发射子波的波

2、源,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。(2)解释现象的过程: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。3.波的反射和折射(见课本第41页)(1)反射现象:波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。(2)折射现象:波从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向发生改变的现象。如图所示。(3)入射角、反射角和折射角:入射角:入射波的波线与界面法线的夹角,如图中i、1。反射角:反射波的波线与界面法线的夹角,如图中i。折射角:折射波的波线与界面法线的夹角,如图中2。探究一对惠更斯原理的理解问题导引如图是波在传播过

3、程中的一种现象。(1)此图是波的什么现象?(2)利用惠更斯原理能解释此现象吗? 问题探究探究二波的反射及其应用问题导引人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,还习惯性地把同侧的手附在耳旁,这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力?探究三波的反射、折射现象中各量的变化问题导引如图所示两波的示意图,波由介质进入介质时频率变化吗?波长变化吗?【例题1】 下列叙述中正确的是()A.空间点波源发出的球面波,其波面是一个球面,波线就是以波源为圆心的同心圆B.平面波的波线是一条直线,其波线相互平行C.根据惠更斯原理,波面各点都可看作一个子波源,子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D.利用惠更斯原

4、理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定t+t时刻波面的位置解析:球面波的波线沿球面的半径方向,A错误;平面波的波线是一条直线,由于波线与波面垂直,故平面波的波线相互平行,B正确;由惠更斯原理可知,C正确;利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定另一时刻的波面的位置,D正确。答案:BCD 难点剖析【例题2】 如图所示,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有多远?(v声=340 m/s)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

5、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联立得x=325 m。答案:325 m【例题3】 一列声波在空气中的波长为0.25 m。当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8 m,若空气中的声速是340 m/s。求:(1)该声波在介质中传播时的频率。(2)该声波在介质中传播的速度。点拨:(1)当声波从一种介质进入另一种介质时频率不变。(2)机械波在任何介质中传播时波速公式都成立。解析:(1)声波在空气中传播时,由v=f得由

6、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1 360 Hz。(2)由v=f得v2=2f=0.81 360 m/s=1 088 m/s。答案:(1)1 360 Hz(2)1 088 m/s1.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解析:根据球面波的定义可知:若波面是球面则为球面波,与横波、纵波无关,由此可知选项B正确,C、D错误;由于水波不能在三维空间中传播,所以它不是球面波,选项A错误。答案:B 随堂巩固训练2.下列说法中正确的是()A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线都跟波面垂直C.任

7、何波的波线都能表示波的传播方向D.有些波的波面表示传播方向解析:任何波线都与波面互相垂直,A错误,B正确;波线表示波的传播方向,C正确,D错误。答案:BC3.下列现象中属于声波反射现象的是()A.隔着墙能听到房间外面有人讲话B.音响设备制作时要考虑混合效应C.夏日的雷声有时轰鸣不绝D.在水里的人能听到岸上的声音解析:反射现象是波在同一种介质中的传播,因此选项B、C正确。波在不同种介质中传播是折射现象,选项D不正确;A是衍射现象,选项A也不正确。答案:BC4.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、波速和频率不变;波发生折射时,频率不变,波速变,波长变,故选项B、C正确,A、D错误。答案:BC5. 某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m。(1)该波的频率为 Hz,在海水中的波速为 m/s。(2)若物体在海面上向海水发出的声音经1.5 s听