高中物理教科版选修3-4课件：第二章　4.惠更斯原理　波的反射与折射:16张PPT

课件16张PPT。4.惠更斯原理　波的反射与折射1.知道什么是波面和波线,了解惠更斯原理.
2.认识波的反射与折射现象,并能用惠更斯原理进行解释.1.惠更斯原理
(1)波面与波线.
①波面:从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面,叫做波面,最前面的波面叫做波前.
②波线:从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线,它表示波动的传播方向.
(2)惠更斯原理.
①内容:波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源,从这些点发出球面形状的子波,其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前,这就是惠更斯原理.
②应用:如果已知一列波某时刻波前的位置,还知道波速,根据惠更斯原理就可以得到下一时刻波前的位置,从而确定波的传播方向.2.波的反射
(1)概念:波在传播的过程中,遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射.
(2)反射定律:如图所示,当波传播到两种介质的交界面处发生反射时,入射线、法线、反射线在同一平面内,入射线与反射线分别位于法线的两侧,而且反射角等于入射角.反射波的波长、频率和波速都与入射波相同.在波的反射现象中,反射波的波长、频率、波速与入射波的相比发生了怎样的变化?
提示:无变化,即反射波的波长、频率、波速都与入射波的相等.3.波的折射
(1)概念:波在传播过程中,从一种介质进入另一种介质时,波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射.
(2)实质:波发生折射的原因是在不同介质中波的速度不同.
(3)折射定律:如图所示,波在介质中发生折射时,入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内,入射线与折射线分别位于法线的两侧,入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比,探究一探究二对惠更斯原理的进一步理解
1.对波线与波面的理解
(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)波线是有方向的一簇线,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.应用惠更斯原理解释波的现象的步骤
(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.探究一探究二波的反射、折射现象中的变量和不变量
波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象,一些物理量相应发生了变化,比较如下:温馨提醒(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同.
(2)波速v由介质决定,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)根据v=λf知,波长λ与v及f有关,即与介质及波源有关.【例题1】 关于惠更斯原理的理解,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
解析:根据惠更斯原理,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,同一波面上各质点的振动情况完全相同,选项A正确;不同波面上质点的情况可能相同,选项B错误;波线始终与波面垂直,选项D正确;球面波是以波源为中心的一个个球面,选项C正确.
答案:ACD
反思(1)同一波面上各质点的振动情况相同.
(2)波线与波面的方向互相垂直.【例题2】 同一音叉发出的声波同时在水中和空气中传播,某时刻的波形曲线如图所示.以下说法正确的是(　　)
A.声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线
B.声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线
C.水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线
D.空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线解析:波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同.但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度.由v=λf知,声波在水中的波长较大,对应于题图中波形曲线b,故只有选项A正确.
答案:A
反思波的频率由振源决定而与介质无关,故一列波的传播介质改变后,其频率不变.波速由介质决定,故改变介质后,波速变化,由v=λf可知,改变介质后波长也变化.1 2 3 4 51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,选项B正确;只有波线才表示波的传播方向,选项C正确,选项D错误.
答案:AD1 2 3 4 52人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮,是因为(　　)
A.室内空气不流动
B.室内声音多次反射
C.室内声音发生折射
D.室内物体会吸收声音
解析:人在室内说话,声波会被室内物体、墙壁反射,甚至反射多次,反射的声波与原声波叠加增强,因而显得声音洪亮.
答案:B1 2 3 4 53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:声波在空中向外传播时,不管是否遇到障碍物引起反射,其波以选项A、B、D错误.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,故选项C正确.
答案:C1 2 3 4 54图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则(　　)
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:反射波的波长、频率、波速与入射波的都应该相等,故选项A、B错误.
折射波的波长、波速与入射波的都不等,但频率相等,故选项C错误,选项D正确.
答案:D1 2 3 4 55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:如图所示,设汽车由A到C位移为x1,C到山崖距离为x2,设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t,有t=2 s.答案:325 m