惠更斯原理及其应用

第三节惠更斯原理及其应用1．(3分)关于机械波的波速和波长，下列说法中正确的是()A．横波中相邻两个波峰间的距离、纵波的密部中央和疏部中央间距都是一个波长B．两个相邻的速度相同的介质质点间的距离是一个波长C．波由一种介质进入另一种介质波速和波长都要改变D．机械波在同一种均匀介质中是匀速传播的【解析】由波长的定义可知A、B不正确．波在同一种均匀介质中传播波速不变；当波从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变，但波速发生变化，因此波长也发生变化．C、D正确．【答案】CD2．(3分)声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中传播的速度，则当声音由钢轨传到空气中时()A．频率变小，波长变大B．波长变小，频率变大C．频率不变，波长变大D．频率不变，波长变小【解析】波在不同种介质中传播时，频率保持不变．由v＝λf可知，若v 减小，λ则减小，D正确．【答案】 D3．(4分)关于对波速、波长和频率的关系v＝λf的理解，下列说法中正确的是()A．v＝λf，说明提高波源频率，它产生的波的波速成正比增大B．由v＝λf可知，波长λ大的波，其传播速度v一定大C．v、λ、f三个量中，对于同一机械波通过不同介质时，只有f不变D．关系式v＝λf适用于一切机械波【解析】波速只与传播介质的性质有关，所以选项A和B均错误．频率由波源决定，与介质无关，所以同一机械波f不变．在不同介质中，因速度变化，从而λ也变化，所以选项C正确．【答案】CD学生P24一、惠更斯原理1．波面和波线(1)波面：在波的传播过程中，任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面；(2)波线：与波面垂直指向传播方向的直线，如图2－3－1所示．图2－3－1(3)波的分类①球面波：波面是球面的波．②平面波：波面是平面的波．2．惠更斯原理(1)内容：介质中任一波阵面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面．(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波阵面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波阵面的位置，从而可确定波的传播方向．利用惠更斯原理还可以解释波的反射、折射．二、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到障碍物时，会返回原来的介质中继续传播的现象．(2)反射定律：a．入射角：入射波的波线与界面法线的夹角．b．反射角：反射波的波线与界面法线的夹角．c．内容：入射波线、法线和反射波线在同一平面内，且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速跟入射波相同．2．波的折射(1)折射现象：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象．(2)折射特点：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长都会改变．学生P24一、波线、波面的特点与关系1．对波线、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簇圆．(2)波线：有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．(3)波线与波面的关系；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．球面波与平面波的区别与联系1．应用惠更斯原理解释波现象的步骤(1)在波面上取两点或多个点作为子波的波源；(2)选一段时间Δt ；(3)根据波速确定Δt 时间后子波波面的位置；(4)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面；(5)由新的波面可确定波线及其方向．2．利用惠更斯原理解释波的传播如图2－3－2所示，以O 为球心的球面波在时刻t 的波面为γ，按照惠更斯原理，γ面上每个点都是子波的波源．设各个方向的波速都是v ，在Δt 时间之后各子波的波面如图中虚线所示，γ′是这些子波的包络面，它就是原来球面波的波面在时间Δt 后的新位置．可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为v Δt ，表示波向前传播了v ·Δt 的距离．与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播，如图2－3－3所示．图2－3－2 图2－3－3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是多少？(v 声＝340 m/s)【导析】 声音向前传播遇到障碍物再返回的过程中，汽车也在运动．【解析】 画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A 到C 位移为s 1，C 到山崖B 距离为s 2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t ，有t ＝2 s ，则：s 1v 车＝s 1＋2s 2v 声＝t 解得s 2＝v 声·t －s 12＝v 声·t －v 车t 2＝(340－15)×22m ＝325 m.【答案】 325 m开了一枪后，乙在时间t 后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为( )A ．听不到B ．甲开枪3t 后C ．甲开枪2t 后D ．甲开枪3＋72t 后 【解析】 乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故t ＝2a v .甲、乙两人及墙的位置如图所示，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC 和CB ，由几何关系得：AC ＝CB ＝2a ，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为t ′＝AC ＋CB v＝4a v ＝2t . 【答案】 C二、波的折射如图2－3－4所示，是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下面说法中正确的是( )图2－3－4A ．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速B ．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速小于它在介质Ⅱ中的波速C ．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水D ．入射角小于折射角，Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气【导析】 根据机械波发生折射时波长、波速以及频率(或周期)的变化规律进行分析．【解析】 依题意，图中MN 为介质界面，虚线为法线，i 为入射角，γ为折射角，从图可直接看出入射角大于折射角(i>γ)，故声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速，A正确，而B、D均错误；声波在固体和液体中的速度要大于它在空气中的速度，故C错误．故选A.【答案】 AA．声波频率不变，波长变小B．声波频率不变，波长变大C．声波频率变小，波长变大D．声波频率变大，波长不变【解析】该题考查波在发生折射时，波速、波长、频率是否变化的问题．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，故C、D 错．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，故A错，B正确．【答案】 B1．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【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，与横波、纵波无关，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．【答案】 B2．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【解析】该题考查声波在同一种介质中传播时，波长、频率和波速是否变化的问题．声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速由空气介质决定．频率(由振源决定)和波长(λ＝v/f)均不变，所以A、B、D错，又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确．【答案】 C3．图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()图2－3－5A．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【解析】反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等，故A错，B 错；折射波的波长、波速与入射波都不等，但频率相等，故C错，D正确．【答案】 D4．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，都可以看作________．【解析】根据波面、波线的特点分析．【答案】垂直波源半径发射子波的波源。

惠更斯原理的适用范围1.光的传播路径：惠更斯原理可以解释光在单一孔径或偏离传播路径时的传播规律。

当光束通过一个孔径或光圈传播时，每个光线都会成为一个次级波源，从而形成了一系列的次级波，这些次级波的叠加构成了最终的波面。

因此，惠更斯原理被广泛应用于光的传播路径的计算和模拟。

2.衍射和干涉现象：惠更斯原理也是解释衍射和干涉现象的基础原理之一、衍射是指光通过一个有限孔径或遇到边缘时发生弯曲和扩散的现象，而干涉是指两个或多个波相遇产生叠加效应的现象。

通过惠更斯原理的运用，我们能够解释衍射和干涉现象的产生机制，并做出相应的计算和预测。

3.光学成像：光学成像是指利用光线的传播规律来形成物体的图像的过程。

惠更斯原理在光学成像中起到了重要的作用。

根据惠更斯原理，每个点都可以看作是一个次级波源，而所有次级波的叠加将构成最终的图像。

基于这个原理，我们可以计算光线的传播路径和图像的形成过程，并进行光学成像的设计和优化。

4.波导和光纤：惠更斯原理在波导和光纤的研究和应用中也发挥了重要作用。

波导是一种能够将光束有效传输的结构，利用其特殊的几何形状和材料特性可以实现光的导波和耦合。

惠更斯原理为我们提供了一种理论框架，可以解释波导中光的传输规律，从而帮助我们设计和优化波导结构和性能。

类似地，光纤也是一种常见的光传输介质，而惠更斯原理也可以解释光在光纤中的传输和耦合过程。

总之，惠更斯原理适用范围广泛，涉及到光的传播和传输、衍射干涉现象、光学成像以及波导和光纤等领域。

通过运用惠更斯原理，我们能够解释和预测光的行为和性质，并应用于光学设备的设计和优化、光学成像的研究和应用等方面。

粤教版选修3《惠更斯原理及其应用》评课稿1. 课程背景与介绍粤教版选修3《惠更斯原理及其应用》是高中物理选修课中的一门重要课程。

本课程讲述了惠更斯原理的基本概念和应用，并对其在光的衍射、干涉等领域的实际应用进行了深入的讲解。

通过学习本课程，学生可以更加深入地了解光的传播规律，提高分析和解决实际问题的能力。

2. 课程内容2.1 惠更斯原理的概念惠更斯原理是一种关于光线传播的基本原理，它指出光在传播过程中遵循最短路径原理，同时也会沿着其他路径传播，并在相交处产生干涉现象。

本课程首先介绍了惠更斯原理的基本概念和推导过程，帮助学生建立对该原理的深刻理解。

2.2 光的衍射光的衍射是光通过孔径、缝隙等小孔时发生的现象。

本课程通过实验演示和理论解析，详细讲解了光的衍射现象及其基本规律。

学生通过观察实验现象和分析数据，掌握了光的衍射的定量表达式以及相关计算方法。

2.3 光的干涉光的干涉是光波在相交处相互叠加形成波纹的现象。

本课程通过实验演示和理论解析，详细讲解了光的干涉现象及其基本规律。

学生通过观察实验现象和分析数据，掌握了干涉现象的定量表达式以及相关计算方法，并且了解了光的干涉在实际应用中的重要性。

2.4 惠更斯-菲涅耳原理惠更斯-菲涅耳原理是惠更斯原理的发展和完善，它进一步解释了光的传播需要沿着所有路径进行综合考虑。

本课程通过实例分析和演示，介绍了惠更斯-菲涅耳原理的基本原理和应用，帮助学生深入理解光传播的复杂性。

3. 学习目标和评估通过学习本课程，学生将达到以下目标： - 了解惠更斯原理的基本概念和推导过程； - 理解光的衍射现象及其基本规律，并能进行定量计算； - 理解光的干涉现象及其基本规律，并能进行定量计算； - 掌握惠更斯-菲涅耳原理的基本原理和应用； - 培养实际问题分析和解决能力。

学生的学习将通过以下方式进行评估： - 课堂小测验：针对每个章节的基本概念进行测试，考察学生的掌握情况； -实验报告：要求学生进行一次与课程内容相关的实验，并撰写实验报告，包括实验步骤和结果分析； - 课堂讨论：鼓励学生参与课堂讨论，提出问题和解答问题，加深对课程内容的理解。