高中物理鲁科版4第二章机械波第2节波的反射和折射 第2章第2节

第2节波的反射和折射惠更斯原理[先填空]1．波面和波线(1)波面：从波源发出的波，经过同一传播时间到达的各点所组成的面，如图2­2­1所示．球面波平面波甲乙图2­2­1 (2)波线：用来表示波的传播方向的线，波线与各个波面总是垂直的．2．波的分类(1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．惠更斯原理(1)内容：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面．(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面．[再判断]1．只有平面波的波面才与波线垂直．(×)2．任何波的波线与波面都相互垂直．(√)3．任何波的波线都表示波的传播方向．(√)[后思考]波面一定是平面吗？根据如图2­2­2思考波线与波面的关系是怎样的．图2­2­2【提示】波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．[核心点击]1．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的．2．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的．1．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一定不同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E．波面可以表示波的传播方向【解析】按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故A对，B错．由波面和波线的概念，不难判定C、D正确．只有波线才能表示波的传播方向，E错误．故正确答案为A、C、D.【答案】ACD2．下列叙述中正确的是()【导学号：78510019】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．利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定t＋Δt时刻波面的位置E．不同波面上的质点振动情况一定不相同【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，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位差相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故E错误．【答案】BCD利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤1．确定一列波某时刻一个波面的位置．2．在波面上取两点或多个点作为子波的波源．3．选一段时间Δt.4．根据波速确定Δt时间后子波波面的位置．5．确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面．6．由新的波面可确定波线及其方向．波的反射和折射[先填空]1．波的反射(1)反射现象：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象．(2)反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．2．波的折射(1)折射现象：波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象．(2)折射定律：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速．[再判断]1．反射波的频率、波速与入射波相同．(√)2．折射波的频率、波速与入射波相同．(×)3．发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比.(×)[后思考]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．你能说出其中的道理吗？图2­2­3【提示】当用手附在耳旁时，手就可以反射一部分声波进入人耳，以提高耳的接收能力．[核心点击]1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：波现象波的反射波的折射传播方向改变i＝i′改变r≠i频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变2.回声测距当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声eq\f(t,2).3．如图2­2­4所示为一束平面波从介质1进入另一种介质2的情形，则波从介质1进入介质2时波速将________(选填“增大”或“减小”)，其入射角和折射角的正弦之比为________．图2­2­4【解析】由公式eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)可知，当v1＞v2时，i＞r，即折射角折向法线，折射角小于入射角；当v1＜v2时，i＜r，即折射角折离法线，折射角大于入射角；eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin30°,sin60°)＝eq\f(\f(1,2),\f(\r(3),2))＝eq\f(\r(3),3).【答案】增大eq\f(\r(3),3)4．某物体发出的声音在空气中的波长为1m，波速为340m/s，在海水中的波长为4.5m.【导学号：78510020】(1)该波的频率为__________Hz，在海水中的波速为__________m/s.(2)若物体在海面上发出的声音经s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？【解析】(1)由f＝eq\f(v,λ)得：f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz.因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝×340m/s＝1530m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为s＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f,2)m＝382.5m.(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示．设听到回声的时间为t，则v物t＋v海t＝2s.代入数据解得t＝s.【答案】(1)3401530(2)m(3)s处理波的折射问题的三点技巧1．弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象．(当波垂直入射时不发生折射现象)2．抓住入射波与折射波的区别与联