人教版高中物理选修3-4知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题12.6 惠更斯原理
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-4知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题12.6 惠更斯原理 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 378.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-11-07 08:18:31 | ||
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文档简介
第十二章 机械波
第6节 惠更斯原理
知识
一、惠更斯原理
1．波面与波线
（1）波面：在波的传播过程中，某时刻任何振动状态都__________的介质质点所组成的面，也叫__________。
（2）波线：指与波面垂直的那些线，代表了波的__________。如图所示。
2．波的分类
（1）球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以__________为球心的一个个球面，波线就是这些球面的__________。
（2）平面波，指波面是___________的波。
3．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____________，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的__________就是新的波面。
二、惠更斯原理的应用
如果知道某时刻一列波的某个_________的位置，还知道___________，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个___________的位置，从而确定波的______________。但无法说明衍射现象与___________或______________的大小关系。
三、波的反射
1．定义：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象。
2．反射定律
（1）入射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的α。
（2）反射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的β。
（3）反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于___________两侧，反射角等于入射角。
四、波的折射
1．折射现象
波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，__________________发生偏折的现象，如图所示。
2．折射规律
（1）频率：频率___________；
（2）波速：发生_____________；
（3）波长：发生____________。
3．折射定律
（1）内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第Ⅰ种介质中的__________与波在第Ⅱ种介质中的波速之比。
（2）公式：。
相同 波阵面 传播方向 波源 半径 平面 波源 包络面
波面 波速 波面 传播方向 狭缝 障碍物
入射波线 反射波线 法线
波的传播方向 不变 变化 变化 波速
重点
一、惠更斯原理
1．惠更斯原理的实质
波面上的每一点（面源）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。
【例题1】下列对惠更斯原理的理解，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的质点的振动情况可能相同
C．球面波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
参考答案：ABCD
二、波的反射和波的折射
1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：
波现象比较项
波的反射
波的折射
传播方向
改变i=i'
改变r≠i
频率f
不变
不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变
2．说明：
（1）频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，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，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中波速相同，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同。
【例题2】如图是一列机械波从一种介质进入另一种介质时发生的现象，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为多少?
参考答案：:2
试题解析：因为i=60°，r=45°，由折射定律可知。
三、波的反射及应用
1．回声测距
（1）当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，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为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的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。
【例题3】如图所示，图a是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图b中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt=1.0 s，超声波在空气中的传播速度是v=340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图b可知，汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离是 m，汽车的速度是 m/s。
参考答案：17 17.9
基础训练
1．以下关于波的认识，正确的是
A．潜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隐形物质，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反射
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
2．下列哪些现象不属于反射现象
A．回声
B．夏日雷声轰鸣不绝
C．水波绕过水中芦苇秆传播
D．在空房中讲话感到声音更响
3．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
4．如图所示，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，波速不相等
B．2与1的波速、频率相等，波长不相等
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、波长均不相等
5．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为
A．170 m B．340 m
C．425 m D．680 m
6．如图所示，一机械波由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折。下列说法正确的是
A．波在介质Ⅰ中传播的速度大
B．波在介质Ⅱ中传播的速度大
C．波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为
D．波在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为
7．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距为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
8．蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以6.0 m/s 的速度垂直于墙飞行，且发出f=4.5×104 Hz 的超声波，并经0.01 s接收到回声。若声速是340 m/s，求蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长是多少?
9．天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d=3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt=6.0 s。试估算云层下表面的高度。已知空气中的声速v=0.34 km/s。
能力提升
10．下列关于惠更斯原理的理解正确的是
A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象
B．惠更斯原理能够解释波的衍射
C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源
D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小关系
11．下列说法中正确的是
A．同一波面上各点振动情况一定相同
B．同一波面上各点振动情况可以不同
C．空间某一点发出的波面一定是以波源为球心的球面
D．只有横波才有波面
12．下列现象哪些是利用波的反射的
A．手扶耳旁听远处的人说话
B．医生给病人做超声波检查
C．雷达的工作原理
D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况
13．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
14．一列水波由深水区进入浅水区，入射波与界面夹角为45°，折射波与界面夹角为60°，则下列说法正确的是
A．波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B．波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C．深水区中的波速、波长比浅水区中小
D．深水区中的波速、波长比浅水区中大
15．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）
16．一列声波在空气中的波长为0.25 m。当该声波传入某种介质中时，波长变为0.8 m，若空气中的声速是340 m/s。求：
（1）该声波在介质中传播时的频率；
（2）该声波在介质中传播的速度。
参考答案
4．D【解析】反射波的波长、频率、波速与入射波的都相等，故选项A、B错误；折射波的波长、波速与入射波的都不相等，但频率相等，故选项C错误，D正确。
5．C【解析】右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)/2=340×2.5/2 m=425 m。故C正确。
6．BD【解析】由波的折射定律可知v17．C【解析】如图所示，乙在时间t后听到第一声枪响是响声直接直线传播到乙处经历的时间，则t=，第二次听到的枪声应为经墙反射后的回声，则t'==2t，故C项正确。
8．1.73 m 7.56×10–3 m
【解析】s=(v+v')t/2=×(340+6)×0.01/2 m=1.73 m
由v=λf，得λ= 7.56×10–3 m。
9．2 km
【解析】由题意画出其平面图为
设云层下表面的高度为h，则由云层反射来的爆炸声传播距离为x=2h，传播时间为t1=，
声音直接传来的时间为t2=。
则t1–t2=Δt，
将数据代入以上各式得h=2 km。
12．ABCD【解析】手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射；超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射；雷达则是利用了电磁波的反射。
13．B【解析】人说话时产生声波，声波在传播过程中，遇到障碍物产生反射，在室内发生反射的次数比在空旷处的次数多，因此声音要洪亮。
14．D【解析】波由深水区进入浅水区，频率不变，而波与界面的夹角由45°变为60°，如图所示。当波线a到达界面A点，波线b设刚好到达B点，此时AB与波线垂直，刚好在同一波面上，设经Δt，b光线也刚到达界面上B'点，此时a波已在浅水区传到A'处，B'A'刚好也是波面，且与波线垂直，由波线与界面的夹角知BB'>AA'，设该波在深水区的波速为v1，在浅水区波速为v2，则BB'=v1·Δt，AA'=v2·Δt，所以有v1>v2，由v=λf知λ1>λ2，所以D选项正确。
15．325 m
【解析】若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，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=325 m。
第6节 惠更斯原理
知识
一、惠更斯原理
1．波面与波线
（1）波面：在波的传播过程中，某时刻任何振动状态都__________的介质质点所组成的面，也叫__________。
（2）波线：指与波面垂直的那些线，代表了波的__________。如图所示。
2．波的分类
（1）球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以__________为球心的一个个球面，波线就是这些球面的__________。
（2）平面波，指波面是___________的波。
3．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____________，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的__________就是新的波面。
二、惠更斯原理的应用
如果知道某时刻一列波的某个_________的位置，还知道___________，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个___________的位置，从而确定波的______________。但无法说明衍射现象与___________或______________的大小关系。
三、波的反射
1．定义：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象。
2．反射定律
（1）入射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的α。
（2）反射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的β。
（3）反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于___________两侧，反射角等于入射角。
四、波的折射
1．折射现象
波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，__________________发生偏折的现象，如图所示。
2．折射规律
（1）频率：频率___________；
（2）波速：发生_____________；
（3）波长：发生____________。
3．折射定律
（1）内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第Ⅰ种介质中的__________与波在第Ⅱ种介质中的波速之比。
（2）公式：。
相同 波阵面 传播方向 波源 半径 平面 波源 包络面
波面 波速 波面 传播方向 狭缝 障碍物
入射波线 反射波线 法线
波的传播方向 不变 变化 变化 波速
重点
一、惠更斯原理
1．惠更斯原理的实质
波面上的每一点（面源）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。
【例题1】下列对惠更斯原理的理解，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的质点的振动情况可能相同
C．球面波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
参考答案：ABCD
二、波的反射和波的折射
1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：
波现象比较项
波的反射
波的折射
传播方向
改变i=i'
改变r≠i
频率f
不变
不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变
2．说明：
（1）频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，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，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中波速相同，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同。
【例题2】如图是一列机械波从一种介质进入另一种介质时发生的现象，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为多少?
参考答案：:2
试题解析：因为i=60°，r=45°，由折射定律可知。
三、波的反射及应用
1．回声测距
（1）当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，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为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的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。
【例题3】如图所示，图a是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图b中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt=1.0 s，超声波在空气中的传播速度是v=340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图b可知，汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离是 m，汽车的速度是 m/s。
参考答案：17 17.9
基础训练
1．以下关于波的认识，正确的是
A．潜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隐形物质，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反射
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
2．下列哪些现象不属于反射现象
A．回声
B．夏日雷声轰鸣不绝
C．水波绕过水中芦苇秆传播
D．在空房中讲话感到声音更响
3．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
4．如图所示，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，波速不相等
B．2与1的波速、频率相等，波长不相等
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、波长均不相等
5．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为
A．170 m B．340 m
C．425 m D．680 m
6．如图所示，一机械波由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折。下列说法正确的是
A．波在介质Ⅰ中传播的速度大
B．波在介质Ⅱ中传播的速度大
C．波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为
D．波在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为
7．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距为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
8．蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以6.0 m/s 的速度垂直于墙飞行，且发出f=4.5×104 Hz 的超声波，并经0.01 s接收到回声。若声速是340 m/s，求蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长是多少?
9．天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d=3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt=6.0 s。试估算云层下表面的高度。已知空气中的声速v=0.34 km/s。
能力提升
10．下列关于惠更斯原理的理解正确的是
A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象
B．惠更斯原理能够解释波的衍射
C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源
D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小关系
11．下列说法中正确的是
A．同一波面上各点振动情况一定相同
B．同一波面上各点振动情况可以不同
C．空间某一点发出的波面一定是以波源为球心的球面
D．只有横波才有波面
12．下列现象哪些是利用波的反射的
A．手扶耳旁听远处的人说话
B．医生给病人做超声波检查
C．雷达的工作原理
D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况
13．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
14．一列水波由深水区进入浅水区，入射波与界面夹角为45°，折射波与界面夹角为60°，则下列说法正确的是
A．波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B．波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C．深水区中的波速、波长比浅水区中小
D．深水区中的波速、波长比浅水区中大
15．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）
16．一列声波在空气中的波长为0.25 m。当该声波传入某种介质中时，波长变为0.8 m，若空气中的声速是340 m/s。求：
（1）该声波在介质中传播时的频率；
（2）该声波在介质中传播的速度。
参考答案
4．D【解析】反射波的波长、频率、波速与入射波的都相等，故选项A、B错误；折射波的波长、波速与入射波的都不相等，但频率相等，故选项C错误，D正确。
5．C【解析】右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)/2=340×2.5/2 m=425 m。故C正确。
6．BD【解析】由波的折射定律可知v1
8．1.73 m 7.56×10–3 m
【解析】s=(v+v')t/2=×(340+6)×0.01/2 m=1.73 m
由v=λf，得λ= 7.56×10–3 m。
9．2 km
【解析】由题意画出其平面图为
设云层下表面的高度为h，则由云层反射来的爆炸声传播距离为x=2h，传播时间为t1=，
声音直接传来的时间为t2=。
则t1–t2=Δt，
将数据代入以上各式得h=2 km。
12．ABCD【解析】手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射；超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射；雷达则是利用了电磁波的反射。
13．B【解析】人说话时产生声波，声波在传播过程中，遇到障碍物产生反射，在室内发生反射的次数比在空旷处的次数多，因此声音要洪亮。
14．D【解析】波由深水区进入浅水区，频率不变，而波与界面的夹角由45°变为60°，如图所示。当波线a到达界面A点，波线b设刚好到达B点，此时AB与波线垂直，刚好在同一波面上，设经Δt，b光线也刚到达界面上B'点，此时a波已在浅水区传到A'处，B'A'刚好也是波面，且与波线垂直，由波线与界面的夹角知BB'>AA'，设该波在深水区的波速为v1，在浅水区波速为v2，则BB'=v1·Δt，AA'=v2·Δt，所以有v1>v2，由v=λf知λ1>λ2，所以D选项正确。
15．325 m
【解析】若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，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=325 m。