12.6惠更斯原理 教案 (1)

12.6惠更斯原理
教案
(教师用书独具)
●课标要求
1．知道什么是波面、波线，知道波的反射、折射现象．
2．知道惠更斯原理及对波的反射、折射和衍射现象的解释．
●课标解读
1．知道什么是波面、波线，知道它们间的关系．
2．理解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释有关现象．
3．掌握波的反射规律及其简单的应用．
4．知道什么是波的折射，理解波的折射定律．
●教学地位
本节内容介绍波的反射和折射的特性，具有较强的实用性．
(教师用书独具)
●新课导入建议
前几节我们学习了机械波的形成过程以及机械波的描述方法，这节课将学习惠更斯原理及波的反射和折射规律．
●教学流程设计
课　标　解　读
重　点　难　点
1.了解波面和波线的概念.
2.掌握惠更斯原理，理解用惠更斯原理解释波的反射和折射现象.
3.知道波传播到两种介质的界面时发生反射和折射现象.
4.知道波反射和折射的规律.
1.惠更斯原理．(重点)
2.波的反射和折射的规律．(重点)
3.用惠更斯原理解释有关现象．(难点)
波面和波线
1.基本知识
(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12 6 1所示．
图12 6 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．
(4)惠更斯原理
①内容
介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面．
②现象解释
只能解释衍射现象中波的传播方向，不能解释波的强度．无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系．
2．思考判断
(1)波面一定与波线垂直．(√)
(2)波面一定是平面．(×)
(3)波的传播方向与波面平行．(×)
3．探究交流
将一颗石子投到池塘的中央，可以看到一圈圈的水波由中央向外传播，其中这一圈圈的波峰构成的是波面还是波线？
【提示】　波面　波面由振动状态相同的点组成，而波线对应波的传播方向.
波的反射和折射
1.基本知识
(1)反射现象
波遇到介质界面会返回来继续传播的现象．
(2)折射现象
波从一种介质射入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象．
2．思考判断
(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角．(×)
(2)反射波的波线与法线的夹角叫做反射角．(√)
(3)反射波的波线，折射波的波线与界面的法线在同一平面内．(√)
图12 6 1
3．探究交流
人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向以方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？
【提示】　在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力．
惠更斯原理的理解
【问题导思】　
1．什么是波面和波线？
2．如何理解惠更斯原理？
1．惠更斯原理的实质
波面上的每一点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．波源只有一个，而子波的波源有无数个．
2．惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度．
　(多选)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．同一波面上的各质点振动情况可能不相同
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
【审题指导】　解答本题时要把握以下三点：
(1)波面与波线始终垂直．
(2)球面波和平面波的区别．
(3)同一波面上各点与波源的距离相等．
【解析】　按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A对，B错．由波面和波线的概念，不难判定C、D正确．故正确答案为A、C、D.
【答案】　ACD
1．(多选)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
【解析】　不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A错误，B正确．只有波线才表示波的传播方向，选项C正确，D错误．
【答案】　AD
波的反射现象的应用
【问题导思】　
1．回声测距的原理是什么？
2．海豚如何利用超声波定位的？
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.
(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远离静止的声源时，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、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．
　
1．波在同一均匀介质中传播可以看成匀速直线运动，其规律可以利用匀速直线运动的规律进行分析．
2．反射波的波长、频率、波速跟入射波的相同．
　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．海面上发出的声音经0.4
s听到回声，则海水深为多少？
【解析】　声音在空气与在水中的频率相同，则＝，
所以v水＝·v空＝×340
m/s＝1
530
m/s.物体发出的声音经＝0.2
s传至海底，故海水的深度为s＝v水·＝1
530×0.2
m＝306
m.
【答案】　306
m
2．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有多远？(v声＝340
m/s)
【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s1，C到山崖B距离为s2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，则t＝2
s.
则：＝＝t
解得s2＝＝
＝
m＝325
m.
【答案】　325
m
综合解题方略——波的反射和折射
　一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则(　　)
A．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
【规范解答】　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，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】　B
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，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化．
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传播，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．
【备选例题】(教师用书独具)
如图教12 6 1所示，图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)
图教12 6 1
A．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】　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＝得波长不同，故C错，D对．
【答案】　D
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
B．波发生反射时，频率、波长、波速均不变
C．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化
D．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
【解析】　反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同，折射波只有频率不变．
【答案】　BC
2．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距2a，距离墙均为a，当甲开了一枪后，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t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＝.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′＝＝＝2t.
【答案】　C
3．对于平面波，波面与波线________；对于球面波，波面是以________为球心的球面，波线沿球的________方向．介质中任一波面上的各点，都可以看成________．
【答案】　垂直　波源　半径　发射子波的波源
4．某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340
m/s，那么他至少要离障碍物多远？(原声与回声区分的最短时间为0.1
s)
【解析】　在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同．只有声波从人站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1
s以上，才能辨别出回声．设障碍物至少和人相距为x，则应有2x＝vt，可得x＝＝
m＝17
m.
【答案】　17
m