2.4惠更斯原理课件

惠更斯原理重/难点重点：惠更斯原理。

难点：用惠更斯原理对波的反射和折射规律进行解释。

重/难点分析重点分析：学生在初中已经学习过光的反射和折射现象以及声音的反射现象。

因此本节课的学习学生有一定基础，本节课学生的学习难点在于接受一些新概念和惠更斯原理，并利用机械波的基本知识和惠更斯原理推导波的反射定律和折射定律，激发学生学习物理的兴趣。

而最后的落脚点却在应用两个定律分析问题解决问题上。

难点分析：使学生在观察和理解波的反射和折射现象的基础上理解波的反射定律和折射定律，知道波的反射和折射现象中反射角、折射角与入射角的关系，理解波发生反射时的频率、波速和波长都不改变，而波发生折射时，频率不变，但波速和波长会发生变化。

突破策略一、惠更斯原理（了解惠更斯对波传播规律的研究）1．相关概念：波面、波前和波线：教师：引导学生思考问题：如何表示波传播的方向？然后指导学生阅读教材有关内容，理解（1）什么是波面？什么是波线？（2）对于水波和空间一点发出的球面波和平面波为例，如何理解波面和波线？学生：阅读教材，思考理解：（1）向各个方向传播的波峰（或波谷）在同一时刻构成的，叫做波面。

（2）图中与各个波面垂直的线叫波线，用来表示波的传播方向。

2．相关概念：子波源和子波→惠更斯原理教师：引导学生阅读教材有关内容，思考理解：（1）惠更斯原理的内容是什么？（2）以球面波为例，应用惠更斯原理解释波的传播。

学生：阅读教材，思考理解：（1）理解并能叙述惠更斯原理：（1690年提出）介质中波前上的各点，都可以看做一个新的波源（子波源），能够发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面，这就是惠更斯原理。

（2）理解子波源、子波这一对概念（3）如何根据某时刻的波面和波线，作出过一段时间后新的波面？阅读教材上利用惠更斯原理在球面波、平面波两种情况下确定新波面的方法。

二、波的反射教师：引导学生阅读教材有关内容，看看书上的实验结果与我们观察到的现象是否一致，体会用惠更斯原理尝试对波的反射定律作出证明。

2.4 惠更斯原理 波的反射与折射[先填空]1.在均匀介质中，质点的振动会向各个方向匀速传播，形成球面波.2.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波面；最前面的波面又叫波前，垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线.如图2­4­1所示.图2­4­13.波面是平面的波叫做平面波.4.惠更斯原理的内容是：介质中波前上的各点，都可以看成是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面.[再判断]1.只有平面波的波面才与波线垂直.(×)2.任何波的波线与波面都相互垂直.(√)3.任何波的波线都表示波的传播方向.(√)[后思考]波面一定是平面吗？根据下图思考波线与波面的关系是怎样的.图2­4­2【提示】波面不一定是平面.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.[核心点击]1.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.2.惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释.但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的.1.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一定不同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E.波面可以表示波的传播方向【解析】按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的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.只有波线才能表示波的传播方向，E错误.故正确答案为A、C、D.【答案】ACD2.下列叙述中正确的是( )A.空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆B.平面波的波线是一条直线，其波线相互平行C.根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D.利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定t＋Δt时刻波面的位置E.不同波面上的质点振动情况一定不相同【解析】球面波的波线沿球面的半径方向，A错误.平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确.由惠更斯原理可知，C正确.利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确.不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位差相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故E 错误.【答案】BCD利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤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.[先填空]1.机械波的反射规律(1)波遇到障碍物时会返回来继续传播，如图2­4­3所示.图2­4­3(2)反射定律①入射角：入射波线与反射面法线的夹角，如图中的α.②反射角：反射波线与反射面法线的夹角，如图中的β.③反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线两侧，反射角等于入射角.2.机械波的折射规律 (1)折射现象波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象，如图2­4­4所示.图2­4­4(2)折射规律 ①频率：频率不变. ②波速：发生改变. ③波长：发生改变. (3)折射定律①内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第Ⅰ种介质中的波速与波在第Ⅱ种介质中的波速之比.②公式：sin i sin r ＝v 1v 2.[再判断]1.反射波的频率、波速与入射波相同.(√)2.折射波的频率、波速与入射波相同.(×)3.发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比. (×) [后思考]人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁.你能说出其中的道理吗？【提示】 当用手附在耳旁时，手就可以反射一部分声波进入人耳，以提高耳的接收能力.[核心点击]1.回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播，由于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t2.(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 )t2.(3)当声源以速度v 远离静止的障碍物或障碍物以速度v 远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s ＝(v 声－v )t2.2.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.3.波的反射、折射现象中各量的变化(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相等，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与波速和频率有关.反射波与入射波，频率相同、波速相同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同.具体见下表所示.3.如图2­4­5所示为一束平面波从介质1进入另一种介质2的情形，则波从介质1进入介质2时波速将________(选填“增大”或“减小”)，其入射角和折射角的正弦之比为________.图2­4­5【解析】 由公式sin i sin r ＝v 1v 2可知，当v 1＞v 2时，i ＞r ，即折射角折向法线，折射角小于入射角；当v 1＜v 2时，i ＜r ，即折射角折离法线，折射角大于入射角；sin i sin r ＝sin 30°sin 60°＝1232＝33. 【答案】 增大334.一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率________，波长________ 【解析】 由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变.又因波在水中速度较大，由公式v ＝λf 可得，波在水中的波长变大.【答案】 不变 变大5.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m ，波速为340 m/s ，在海水中的波长为4.5 m. (1)该波的频率为________Hz ，在海水中的波速为________ m/s. (2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s 听到回声，则海水深为多少？ (3)若物体以5 m/s 的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？【解析】 (1)由f ＝v λ得f ＝3401Hz ＝340 Hz ，因波的频率不变，则在海水中的波速为v 海＝λ′f ＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为h ＝v 海t 2＝1 530×0.52m ＝382.5 m.(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间为t ′，则v 物t ′＋v 海t ′＝2 h代入数据解得t ′＝0.498 s.【答案】(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播.1.若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解.2.利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同.3.解决波的反射问题，关键是根据物理情景规范作出几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题.。