2019-2020年高中物理第二章机械波第4节惠更斯原理波的反射与折射教学案教科版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理第二章机械波第4节惠更斯原理波的反射与折射教学案教科版选修3-41.由波源发出的波，经过同一时间到达的各点所组成的面为波面，它一定与表示波传播方向的波线垂直。2．波传播时，波面上的各点都可以看做是子波源，从子波源发出的子波所形成的包络面，就是新的波前。3．在波的反射现象中反射波的波线与法线的夹角一定等于入射波的波线与法线的夹角，且反射波与入射波的频率、波速、波长均相同。4．在波的折射现象中，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波速与波在第二种介质中的波速之比。惠更斯原理[自读教材·抓基础]1．几个概念(1)波面：从波源发

2、出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，如图2－4－1所示。图2－4－1(2)波前：最前面的波面。(3)平面波：波面是平面的波。(4)圆形波：波面是圆形的波。(5)波线：从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线，用来表示波的传播方向，波线与波面总是垂直的。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。(2)应用：可以用几何作图的方法，由已知的某一时刻波前确定下一时刻波前，从而确定波的传播方向。[跟随名师·解疑难]1．对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它

3、只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆。(2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向。(3)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。2．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。3．应用惠更斯原理解释波的现象的步骤(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

4、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。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)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解析：选BC　不管是平面波，还是球形波，其波面与波线均垂直，选项A错误，选项B正确。只有波线才表示波的传播方向，选项C正确，D错误。波的反射[自读教材·抓基础]1．反射现象波遇到两种介质的分界面时会返回到原介质继续传播的现象，如图2－4－2所示。图2－4－22．反射

5、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2－4－2中的α。(2)反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2－4－2中的β。3．反射规律反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。4．反射定律入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线和反射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。[跟随名师·解疑难]1．对波的反射的理解(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化。(2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式λ＝v/f，可知波长也不改变。2．波的反射现象的应用(1)回声测距：①当声源不动时

6、，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。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)·。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)·。(2)超声波定位：蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向。另外海

7、豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的。[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340m/s)解析：若汽车静止，问题就简单了。现在汽车运动，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，因汽车与声波运动时间同为t，则有s2＝s1＋2s，即v声t＝v汽t＋2s。所以s＝＝m＝325m。答案：325m波的折射[自读教材·抓基础]1．折射现象