物理人教版选修3-4学案第十二章6惠更斯原理

6惠更斯原理1．波面和波线(1)波面：如图，在波的传播过程中，某时刻任何振动状态都相同的介质质点所组成的面，叫波面。(2)波线：指与波面垂直的线，代表了波的传播方向。如图所示。(3)波的分类①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。②平面波，指波面是平面的波。释疑点：波线和波面有什么关系(1)在各向同性的均匀介质中，波线与波面垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面。(2)球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线。【例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解析：若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B正确，C、D错误。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确。答案：B2．惠更斯原理(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，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)作用①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。②只能解释衍射现象中波的传播方向，不能解释波的强度。无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系。谈重点：利用惠更斯原理解释波的传播如图所示，以O为球心的球面波在时刻t的波面为γ，按照惠更斯原理，γ面上每个点都是子波的波源。设各个方向的波速都是v，在Δt时间之后各子波的波面如图中虚线所示，虚线圆的半径是vΔt。γ′是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置，可以看出新的波面仍是一个球面。【例2】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不可能相同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解析：当两个波面间的距离是波长的整数倍时，两波面上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。答案：ACD3．波的反射和折射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。(2)反射角和入射角①入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图甲中i；②反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图甲中i′。甲乙(3)折射现象波从一种介质射入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。如图乙所示。【例3】以下关于波的认识，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，是波的折射现象解析：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，深水区域和浅水区域可视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D正确。答案：ABCD4．波的反射、折射现象中各量的变化波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：谈重点：反射、折射现象中的变化(1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同。(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播、频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。【例4－1】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所示。以下说法正确的是()A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线解析：答案：A【例4－2】图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()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，A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。答案：D5．波的反射现象的应用(1)回声测距①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，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声eq\f(t,2)。②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)eq\f(t,2)。③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝(v声－v)eq\f(t,2)。(2)超声波定位蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向的。释疑点：波的反射的两点注意(1)反射波的波长、频率、波速跟入射波的相同。(2)人耳能将原声和回声(反射回来的声音)区分开的最小时间间隔为0.1s。【例5－1】有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340m/s)解析：画出汽车与声音运动过程示意图如图所示。设汽车由A到C位移为s1，C到山崖B距离为s2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，则t＝2s则：eq\f(s1,v车)＝eq\f(s1＋2s2,v声)＝t解得s2＝325m。答案：325m【例5－2】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，此物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声。求海水的深度。规范解答名师点拨设物体发出声波的频率为f，在海水中传播时，频率f保持不变机械波的频率由波源决定，与介质无关，故无论折射还是反射，频率均不变则f＝eq\f(v气,λ气)，