2.3 惠更斯原理及其应用
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，
自我小测
1下列说法中正确的是( )
A．入射波面与法线的夹角为入射角
B．入射角跟反射角相等
C．入射波线与法线的夹角为入射角
D．入射波线与界面的夹角为入射角
2下列说法正确的是( )
A．入射角与折射角的比等于两波速之比
B．入射波的波长小于折射波的波长
C．入射波的波长大于折射波的波长
D．入射波的波长等于反射波的波长
3墙壁的传音性能比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却明显地减弱，这是为什么？
4一声波在空气中的波长为25 cm，传播速度为340 m/s，该声波传入另一种介质中时，波长为8 cm，则它在这种介质中的传播速度是多少？
5某人想听到自己发出声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，那么它至少要离障碍物多远？
6一艘汽船以4 m/s的速度在河面上航行，船上发出的一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？
7证明：折射定律：＝.
8(探究)我们通常都有这样的体会，在空房间里讲话要比在普通房间里感觉声音响，这是为什么？
参考答案
1解析：入射角是波线方向与法线间的夹角，A错．由平面几何可知，入射角跟反射角相等，B、C对，D错．
答案：BC
2解析：由于一定介质中的波速是一定的，是一个只与两种介质的性质有关而与入射角无关的常数，A错．在波的折射中，波的频率不变，波速和波长都会改变；入射波与反射波的波长在同一波面中是不变的，D对．
答案：D
3解析：声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传入室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能透射进入室内．虽然墙壁和门窗的传音性能好，但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，室内的声音就显著地减弱了．
答案：见上
4解析：利用这列波在折射时频率不变可得v2λ2＝v1λ1，解得v2＝1 088 m/s.
答案：1 088 m/s
5解析：在波的反射中，频率、波长、波速都保持不变，只有声波从人所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s，则应用2s＝vt得s＝＝ m＝17 m.
答案：17 m
6解析：船发出鸣笛声于A处，旅客听到回声位置在B处，即3 s内汽船前进了A、B间距离L，而声波走过2s－L的距离．
所以v声t＝2s－L＝2s－v船t得
s＝＝m＝516 m.
答案：516 m
7证明：由惠更斯原理，A、B为同一波上的两点，A、B点发射子波，经Δt后，B点发射的子波到达界面D处，A点的到达C点，如下图所示：
＝.
8解析：波遇到障碍物都会发生反射，因此在日常生活中会经常遇到关于反射的现象．波发生反射后．波速、频率、波长都不改变，所以声波在空房间里反射后回到耳朵的声音与原声相同，而且原声与回声之间相隔时间很短，人耳分辨不开，所以感觉声音响．
答案：人说话时发出声波，声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳，人耳只能分辨相差0.1 s以上的声音，所以，人在空房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果，所以在空房间里声音比普通房间响．
