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1、学案学案 4 惠更斯原理惠更斯原理 波的反射与折射波的反射与折射学习目标定位 1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律光的反射定律：光从一种介质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，反射角等于入射角一、惠更斯原理波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前二、波的反射当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位
2、于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同三、波的折射波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比，即.v1v2sin isin r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)组成一个个圆要点提炼1波面与波线(1)波面：
3、从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，叫做波面，最前面的波面叫做波前如图 1 所示图 1波面为球面的波叫球面波波面为平面的波叫平面波(2)波线：从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波的传播方向2惠更斯原理(1)内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前，这就是惠更斯原理又叫惠更斯作图法(2)应用：如果已知一列波某时刻波前的位置，还知道波速，根据惠更斯原理就可以得到下一时刻波前的位置，从而确定波的传播方向二、波的反射和折射问题设计1对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的雷声在云层
4、间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？答案 这两种现象都是由于声波的反射造成的2波不仅有反射现象，也有折射现象，请用惠更斯原理解释波的反射和折射现象答案 (1)波的反射的解释：如图所示，a、c、b 三条波线并不同时到达界面，它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后，子波传播的距离也就有远有近，AB是新的波面，与反射波方向垂直但由于反射波与入射波相比，波长、波速和频率都不变所以在图中直角三角形 AAB直角三角形 BBA.也就可以进一步证明入射角 i反射角 i.(2)波的折射的解释如图所示，波线 a 首先于时刻 t 由介质 1 到达界面，之后又经过时间 t，波线 b 也到达界面；这时 A、C两点发出的
5、子波在介质 2 中的包络面为图中的 AB，这是波进入介质 2 之后的新的波面由于是两种不同的介质，其中波的传播速度 v1、v2不一定相同，在 t 时间内，两条波线传播的距离 AA和 BB也不一定相同，因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折若波在介质 1 中的速度为 v1，在介质 2 中的速度为 v2，则.v1v2sin isin r要点提炼1波的反射(1)概念：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射图 2(2)反射定律：如图 2 所示，当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等
6、于入射角反射波的波长、频率和波速都与入射波相同2波的折射(1)概念：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射(2)实质：波发生折射的原因是在不同介质中波的速度不同图 3(3)折射定律：如图 3 所示，波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比，即.v1v2sin isin r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波的频率 f、波速 v 和波长 各自是
7、如何变化的吗？请完成下表.现象比较项 波的反射波的折射频率 f不变不变波速 v不变改变波长 不变改变说明频率 f 由波源决定；波速 v 由介质决定；由 vf 知，波长 与频率 f、波速 v 有关.一、对惠更斯原理的理解例 1 利用惠更斯原理解释这个现象：如图 4 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 4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、波的反射和折射的应用例 2 图 5 中 1、2、3
8、分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图 5A2 与 1 的波长、频率相等，波速不等B2 与 1 的波速、频率相等，波长不等C3 与 1 的波速、频率、波长均相等D3 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，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由 得波长不同，故 C 错，Dvf对答案 D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
9、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车由 A 到 C 路程为 s1，C 点到山崖 B 距离为 s；声波由 A 到 B 再反射到 C 路程为 s2，则有 s2s12s，因汽车与声波运动时间同为 t，则v声tv汽t2s所以 s m325 m.v声v汽t234015 22答案 325 m1(对惠更斯原理的理解)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 BC解析 任何波的波线都与波面相互垂直，波线都表示波的传播方向，故 B、C 正确，A、D 错误2(对惠更斯原理
10、的理解)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(波的反射和折射的应用)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，深水区域
11、和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故 D 错误4(波的反射和折射的应用)为什么人在空房间里讲话感觉到声音特别响？答案 声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳，而人耳只能区分相差 0.1 s 以上的声音，所以人在空房间里讲话感觉声音特别响而普通房间里的幔帐、沙发、衣物等会吸收声波，使反射不够强，所以人在普通房间里讲话不如在空房间里讲话响.题组一 对惠更斯原理的理解1关于惠更斯原理、波的反射、波的折射，下列说法正确的是( )A惠更斯原理能够解释所有波的现象B子波的波速与频率等于波源的波速和频率C用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D同一波面
12、上的两个位置的质点振动步调也可能相反E波在两介质的界面发生反射和折射时，反射波和折射波的频率不发生变化答案 BE2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 B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 不正确题组二 波的反射和折射3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 CD4下列说法正确的是( )A波发生
13、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5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，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由传播介质决定频率(由振源决定)和波长(v/f)均不变，所以 A、B、D 错；又因为机械波传递
14、的是能量，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C 正确图 16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，已知波在介质中的波速为 v1，波在介质中的波速为 v2，则 v1v2为( )A1 B.122C. D.3223答案 C解析 由折射定律，可知，故 C 选项正确v1v2sin isin rv1v2sin 60sin 45327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答案 BC解析 A 是衍射现象反射现象是波在同一种介质中的传播，因此 B、C 正确波在不同种
15、介质中的传播是折射现象，D 不正确8人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为( )A室内空气不流动 B室内声音多次被反射C室内声音发生折射 D室内物体会吸收声音答案 B解析 人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音洪亮9甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2a m，距墙均为a m，当甲开了一枪后，3乙在 t s 后听到第一声枪响，则乙在什么时候才听到第二声枪响( )A听不到 B甲开枪后 3t sC甲开枪后 2t s D甲开枪后 s3 72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 t2av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 s24a ma2 3a2所需时间 tsv4av由得：t2t，故 C 正确题组三 综合应用10一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 fv，f 1 000 Hz，在介质中 fv，v1 v340 m/s34 102 m00068102 m/s680 m/s.1
