2013年沪科物理选修3-4同步课件：2.4惠更斯原理 波的反射与折射

2．4惠更斯原理波的反射与折射核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练2．4课前自主学案课标定位课标定位学习目标：1.知道什么是波面和波线．2．理解惠更斯原理．3．知道波传播到两种介质的交界面时，会同时产生反射和折射现象．4．掌握波的反射定律和折射定律．5.会用惠更斯原理解释波的传播、反射和折射．重点难点：重点是波的反射和折射，难点是理解惠更斯原理．课前自主学案一、惠更斯原理1．波面和波线图2－4－1(1)波面和波线①波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做_______，如图2－4－1所示．最前面的波面又叫_______．②波线：________于波面并指向波传播方向的直线．它代表了波的传播的方向，波线与波面____________．(2)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球面，波线就是这些球面的半径，这样的波称为_________．(3)平面波平面波指波面是________的波．波面波前垂直相互垂直球面波平面2．惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．它是惠更斯在1690年提出的．(2)应用：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，从而可确定波的_______________．前进方向二、研究机械波的反射规律图2－4－21．定义：波在传播过程中入射到两种介质的分界面上时，传播方向改变的规律，即波的反射和折射规律．如图2－4－2所示为水波的反射现象．2．反射定律在波的反射中，入射角为入射波的______与界面法线的夹角；反射角为反射波的波线与_________的夹角；反射角_________入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同．波线界面法线等于三、研究机械波的折射规律1．折射定律：研究表明，波从第一种介质进入第二种介质时在分界面处会发生折射现象，入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的波速跟第二种介质中的波速之比，即sinisinr＝v1v2.这就是波的折射定律．2．折射的两种情况：如图2－4－3所示．图2－4－3(1)当入射角度______折射角度时，折射角折向法线．(2)当入射角度______折射角度时，折射角折离法线．(3)当垂直界面入射时，___________不改变，属折射中的特例．大于小于传播方向核心要点突破一、用光的反射和折射来理解机械波的反射和折射我们在初中学过光的反射定律和折射定律，光的反射和折射与机械波的反射和折射有许多相似的地方，可以进行类比学习．具体见下表：类型光机械波反射定义光遇到障碍物会返回来传播波遇到障碍物会返回来传播入射角入射光线与法线的夹角入射波线与法线的夹角反射角反射光线与法线的夹角反射波线与法线的夹角反射定律在光的反射中，反射角等于入射角在波的反射中，反射角等于入射角折射定义光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象折射角折射光线与界面法线之间的夹角折射波线与界面法线之间的夹角折射规律折射角一般不等于入射角入射角i和折射角r存在以下关系：参量变化光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不改变，但光速和波长都发生改变波从一种介质进入另一种介质时，波的频率不改变，但波速和波长都发生改变区别从空气到介质：折射角小于入射角；光速变小；波长变短从空气到介质：折射角大于入射角；波速变大；波长变长sinisinr＝v1v2即时应用(即时突破，小试牛刀)1．人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮，是因为()A．室内空气不流动B．室内声音多次反射C．室内声音发生折射D．室内物体会吸收声音解析：选B.人在室内讲话时，声音会多次发生反射，进入耳时听到的声音就比较洪亮．二、对惠更斯原理的进一步理解1．对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一族圆．(2)波线是有方向的一族线，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．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时间后子波波面的位置；(5)确定子波在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．例如教材上应用惠更斯原理解释了球面波和平面波的传播，同学们要认真领会．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．对于平面波，波阵面与波线________；对于球面波，波阵面是以________为球心的球面，波线沿球的________方向．介质中任一波面上的各点，都可以看做________________________________________________________________________．答案：垂直波源半径发射子波的波源三、波的反射、折射现象中各物理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：波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变改变频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变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，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，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，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．(1)波在发生反射或折射后，其频率不变，故我们听到的回声与原声相同，花样游泳运动员在水下与水上听到的音乐相同．(2)由于折射率n12＝sinisinr＝v1v2，故一列波由波速快的介质1进入波速慢的介质2，波的传播方向会向界面的法线靠近．即时应用(即时突破，小试牛刀)图2－4－43．如图2－4－4所示，一列机械波从一种介质进入另一种介质发生的现象，已知波在介质1中的波速为v1，波在介质2中的波速为v2，则v1：v2为多少？解析：由折射定律v1v2＝sinisinr得，v1v2＝sin60°sin45°＝32即v1∶v2＝3∶2.答案：3∶2课堂互动讲练例1波的反射现象有一辆汽车以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)图2－4－5【精讲精析】如图2－4－5所示，设汽车由A到C位移为x1，C到山崖距离为x2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，有t＝2s.则x1v车＝x1＋2x2v声＝t解得x2＝v声·t－x12＝v声·t－v车·t2＝340－15×22m＝325m.【答案】325m【方法总结】搞清声音传播的过程与汽车运动的空间与时间关系是解题的关键．而形象、直观地展示这一关系的常用方法就是画出汽车与声音运动过程示意图，然后借助等量关系列式求解．变式训练蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以6.0m/s的速度垂直于墙飞行，且以f＝4.5×104Hz的频率发超声波，并经0.01秒接收到回声．若声速是340m/s，求蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长？解析：s＝12(v＋v′)t＝12(340＋6)×0.01m＝1.73m由v＝λf，得：λ＝vf＝3404.5×104m＝7.56×10－3m.答案：s＝1.73m，λ＝7.56×10－3m对波的折射定律的理解例2如图2－4－6所示，某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射，若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，此波在乙介质中的波速为1.2×105km/s.图2－4－6(1)该波的折射角为________．(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？【自主解答】(1)由反射定律可得反射角为60°，由题图的几何关系可得折射角为r＝30°.(2)由波的折射定律得v甲＝sinisinr·v乙＝sin60°sin30°·v乙＝3212×1.2×105km/s＝2.08×105km/s.【答案】(1)r＝30°(2)v甲＝2.08×105km/s【方法总结】在波的反射与折射现象中，熟悉波的入射角、反射角、折射角的概念并能理解波的反射与折射规律是顺利求解问题的关键．