惠更斯原理 波的放射与折射
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射
（2）知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同
（3）知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同，掌握入射角与折射角的关系
2、过程与方法：
3、情感、态度与价值观：
教学重点：惠更斯原理，波的反射和折射规律
教学难点：惠更斯原理
教学方法：课堂演示，flash课件
一.引入新课
1．蝙蝠的“眼睛”：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒2万到10万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。
2．隐形飞机F—117：雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。
。
雷达确定目标示意图
由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。
一.波面和波线
波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面．
波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线．
二.惠更斯原理
荷兰物理学家 惠 更 斯
1.惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，而后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面。
2.根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。
二.波的反射
1.波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．
2.反射规律
?反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
?入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角i’ 叫做反射角．
?反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．
?波遇到两种介质界面时，总存在反射
三.波的折射
1.波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．
2.折射规律：
(1).折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角．
2.折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．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速度跟波在第二种介质中的速度之比：
?当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.
?当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.
?当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例．
?在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．
?波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．
由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点，A、B点会发射子波，经⊿t后， B点发射的子波到达界面处D点， A点的到达C点，
学业分层测评
第2章 2.3 惠更斯原理 波的反射与折射
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1.下列说法中正确的是( )
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
E.同一介质中波面上的各点到波源的距离都相等
【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.同一介质中波面上的各点到波源距离相等，E正确.
【答案】 BCE
2.下列叙述属于波的反射现象的是( )
A.夏日的雷声有时会轰鸣不绝
B.在空房间里讲话，会感到声音比在野外响
C.水波从深水区入射到浅水区方向变化
D.讲话者又听到自己的回声
E.声波从空气中进入水中速度变大
【解析】 选项A、B、D都属于波的反射现象，C、E属于波的折射现象.
【答案】 ABD
3.下列说法正确的是( )
A.任何波的波线都表示波的传播方向
B.波面表示波的传播方向
C.只有横波才有波面
D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面
E.子波的波速、频率等于初级波的波速、频率
【解析】 波线表示波的传播方向，故A选项正确，B选项错误；所有的波都具有波面，故C选项错误；由惠更斯原理可知，D选项正确；根据惠更斯原理，子波的波速和频率等于初级波的波速和频率，E正确.
【答案】 ADE
4.如图2-4-6为某列波从介质1入射到介质2的波线分布，已知该波在介质1中的周期T1、频率f1、波长λ1、波速v1，在介质2中的周期T2、频率f2、波长λ2、波速v2，则下列判断正确的是( )
图2-4-6
A.T1＞T2
B.f1＞f2
C.v1＞v2
D.λ1>λ1
E.f1＝f2
【解析】 折射现象中，折射前后，波的周期与频率不变，A、B错E正确.从题图可知入射角i大于折射角r，由折射定律公式＝得，v1＞v2，C正确.再结合v＝λf知，λ1＞λ2，D正确.
【答案】 CDE
5.以下关于波的认识，正确的是( )
A.潜水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吸波材料，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直线传播
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
E.声呐仪利用的是波的折射现象
【解析】 本题考查波的反射、折射现象在实际问题中的应用.声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确，C、E错误.D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象，D正确.隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确.
【答案】 ABD
6.如图2-4-7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°.该波的折射角为________.
图2-4-7
【解析】 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°.
【答案】 30°
7.如图2-4-8是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质Ⅰ中的波速为v1，波在介质Ⅱ中的波速为v2，则v1∶v2为________.
图2-4-8
【解析】 由折射定律知：
＝＝ .
【答案】
8.人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少.
(已知声音在空气中的传播速度为340 m/s)
【解析】 从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时，人与障碍物间的距离最小.单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝ s＝0.05 s，故人离障碍物的最小距离x＝vt＝340×0.05 m＝17 m.
【答案】 17 m
[能力提升]
9.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多远？(v声＝340 m/s)
【解析】 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，因汽车与声波运动时间同为t，则有x2＝x1＋2x
即v声t＝v汽t＋2x，
所以x＝＝ m＝325 m.
【答案】 325 m
10.一列平面波，以30°的入射角投射到两种介质的交界面，发生折射，折射角为45°，若入射波的波长为10 cm，则折射波的波长是多少？
【解析】 根据折射定律＝
又因为v＝λf，f1＝f2
有＝＝＝
所以λ1≈14.14 cm.
【答案】 14.14 cm
11.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位.已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图2-4-9所示.
图2-4-9
(1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3 m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期).
(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).
【解析】 (1)如图所示.
(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3 m，由波速公式得v＝fλ… ①
鱼群与渔船的距离为x＝vt… ②
联立①②式，代入数据得x＝3 000 m.
【答案】 (1)见解析 (2) 3 000 m.
12.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m.当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图2-4-10所示，若介质Ⅰ中的声速为340 m/s.
图2-4-10
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；
(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；
(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1 400 m/s，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比.
【解析】 (1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf得：
f＝＝ Hz＝1 700 Hz，由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1 700 Hz.
(2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1 700 m/s＝1 020 m/s.
(3)波由介质Ⅰ到介质Ⅱ的过程中，只有频率不变，故当波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时，其频率之比为1∶1.
【答案】 (1)1 700 Hz (2)1 020 m/s (3)1∶1
