惠更斯原理学案

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--1-第十二章机械波12.6惠更斯原理【自主预习】1.在波的传播过程中,某时刻任何振动状态________的介质质点所组成的圆叫波面,而与波面垂直的那些线代表了波的________________,叫做波线.2.介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的________,其后任意时刻,这些子波在波前进方向的____________就是新的波面,这就是惠更斯原理.3.利用惠更斯原理可以确定______________________,可以解释波的衍射现象中______________________,不能解释波的________,所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的________的关系.4.波遇到介质界面会____________继续传播的现象叫波的反射现象,机械波发生反射时与光的反射规律类似,即________________________________.波从一种介质射入另一种介质时,波的________________发生改变的现象叫波的折射现象.5.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6.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7.对于波的认识,下列说法中正确的是()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.隐形飞机的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.雷雨天雷声轰鸣不绝是波的多次反射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【自主预习】答案:1.相同传播方向2.波源包络面3.波的传播方向波的传播方向强度大小4.返回来反射角等于入射角传播方向5.ACD6.CD7.ABCD【典型例题】知识点一对波面和波线的理解【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【答案】B[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.]点评波源发出的波能在三维空间中传播,就能形成球面波,例如地震波.选修3-4--2-【例2】下列说法中不正确的是()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】AD[任何波的波线都与波面相互垂直,波线表示波的传播方向,故B、C正确,选A、D.]点评波线代表波的传播方向且波线与波面垂直.知识点二波的反射、折射现象中各物理量的变化【例3】图1中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则()图1A.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【答案】D[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λ=vf得波长不同,故C错,D对.]点评波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关.波速由介质决定,介质发生变化波速可能发生变化,由v=λf知波长就会发生变化.方法技巧练波的反射的应用技巧【例4】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多远?(v声=340m/s)【答案】解析若汽车静止问题就简单了,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x1,C点到山崖B距离为x;声波由A到B再反射到C路程为x2,则有x2=x1+2x,因汽车与声波运动时间同为t,则v声t=v汽t+2x所以x=声-v汽2=-2m=325m【例5】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,则海水深为________m.【答案】解析声音在空气和海水中传播时频率是相同的,由v=λf可知v气v水=λ气λ水,则v水=--3-340×4.5m/s=1530m/s,海水的深度为h=vt2=12×1530×0.5m=382.5m.方法总结在利用波的反射解决一些问题时,注意波的反射规律与初中学习的光的反射规律类似.【课后练习】1.对于惠更斯原理的理解正确的是()A.惠更斯原理能够解释所有的波的现象B.子波的波速与频率等于初级波的波速和频率C.用惠更斯原理不能解释波的衍射现象D.同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反2.(2013·唐山检测)下列哪些现象不属于反射现象()A.回声B.夏日雷声轰鸣不绝C.水波绕过水中芦苇秆传播D.在空房中讲话感到声音更响3.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4.下列说法正确的是()A.声波的反射遵守与光波反射类似的反射定律B.声波发生折射时,频率、波长、波速均要改变C.声波是纵波D.一个剧院满座时交响乐混响时间比空座时长5.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6.(2013·潍坊高二检测)对于波的折射现象下列说法正确的是()--4-A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,波速和波长都不改变C.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变D.波发生折射时一定不会发生反射现象7.(2013·济宁高二检测)小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥.学习了波的知识之后,小明和小刚想到了一个测量桥长的方法,一人在铁桥的一端用锤子敲击一下,另一人在铁桥的另一端听传来的声音,结果发现经空气和桥声音传到另一端的时间差为2s(声波在空气中传播速度v1=340m/s,在钢铁中的传播速率为4900m/s),则桥长大约为()A.680mB.9800mC.730.7mD.无法计算8.对于波面和波线的说法中正确的是()A.波面一定是球面(形状)B.波线一定是平行直线C.波线有的时候与波面垂直,有的时候与波面平行D.不同波面上的各点振动周期相同9.当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340m/s,则这个山谷的宽度约为()A.170mB.340mC.425mD.680m10.利用超声波可以探测鱼群的位置,在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上,当它向选定的方向发射出频率为5.8×104Hz的超声波后,经过0.64s收到从鱼群反射回来的反射波,已知5.8×104Hz的超声波在水中的波长为2.5cm,则这群鱼跟渔船的距离为________m.11.一个观察者在高处用望远镜注视在地上的木工以每秒2次的频率击钉子,他听到声音时恰好看到击锤动作,若观察者距木工680m,当木工停止击锤后,他还能听到几次击钉声?(声波在空气中的传播速度为340m/s)图12-6-2--5-12.(2013·临川质检)如图12-6-2所示,一只汽船以4m/s的速度在无风河面上航行,船上发出一声鸣笛,旅客在3s后听到前方悬崖反射回来的声音,问悬崖离汽船原来的位置有多远?参考答案【课后练习】1.【解析】惠更斯原理不能够解释所有的波的现象,有一定的局限性,A错.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,B对.用惠更斯原理能够解释波的衍射现象,C错.同一波面上的两个位置的质点振动情况一定相同,D错.【答案】B2.【解析】水波绕过水中芦苇秆传播属于衍射现象.【答案】C3.【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.由于水波不能在三维空间中传播,所以它不是球面波,A不正确.【答案】B4.【解析】声波发生折射时,频率不改变;一个剧院满座时声音在传播过程中经多次反射,能量损失得更快.【答案】AC5.【解析】A、B、C选项中应用了波的反射现象;D选项中应用了波的折射现象,深水区和浅水区可视为不同介质,故波的传播方向发生改变,选项D正确.【答案】ABCD6.【解析】当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线,A对.当波垂直界面入射时,传播方向尽管不改变,但由于介质发生改变,波速和波长都改变,但周期、频率不变,B错,C对.波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象,D错.【答案】AC7.【解析】由题意可知:l340m/s-l4900m/s=2s,解得l=730.7m,C对.【答案】C8.【解析】波面可以是球面(形状),也可以是平面(形状),A错.波线可以是平行直线,如平面波波线,也可以不是平行直线,如球面波波线,B错.波线总是与波面垂直,C错.不同波面上的各点振动周期相同,都等于波源的周期,D对.【答案】D9.【解析】右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2s.山谷的宽度s=12v(t1+t2)=12×340×2.5m=425m,故C正确.【答案】C10.【解析】超声波在水中的传播速度为--6-v=λ·f=2.5×10-2×5.8×104m/s=1.45×103m/s.所以鱼群到船的距离s=12v·t=12×1.45×103×0.64m=464m.【答案】46411.【解析】题中木工击钉子产生的声波属于一种时间短暂的“脉冲波”,如图所示,设脉冲的间距为d,由于声速是v=340m/s,木工击钉频率为f=2Hz.所以d=λ=vf=3402m=170m.因此在680m距离内有n=680170=4个脉冲间隔,也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声.【答案】4次12.【解析】如图所示,设船发出鸣笛声于B处,旅客听到回声位置在A处,即3s内汽船前进了A、B间距离l,则声波经过2s-l的距离.v声t=2s-l=2s-v船t,得s=(v声+v船)t2=(340+4)×32m=516m.【答案】516m

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