（湖北）2020--2021人教物理选修3-4课件：第十二章　6　惠更斯原理 30张含答案

(共30张PPT)
人教版选修3-4：
第十二章　6　惠更斯原理
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、波面和波线
阅读教材第40页,学习波面和波线,了解波的分类。
1.什么是波面?
答案:波传播过程中,任何振动状态相同的点都组成了一个个圆,这些圆叫作一个个波面。
2.什么是波线?
答案:与波面垂直的那些线代表了波的传播方向,叫作波线。
3.波有哪些分类?
答案:球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一个个球面,波线就是这些球面的半径,这样的波称为球面波。平面波:指波面是平面的波。
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辨一辨·议一议
二、惠更斯原理
阅读教材第40、41页,能用惠更斯原理解释相关现象。
1.惠更斯原理的内容是什么?
答案:介质中任一波面上的各点,都可以看作发射子波的波源,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.如何利用惠更斯原理解释现象?
答案:如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置,从而确定波的传播方向。
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三、波的反射和折射
阅读教材第41、42页,认识波的反射折射现象,并能用惠更斯原理进行解释。
1.什么是波的反射?
答案:波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。
2.什么是波的折射?
答案:波从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向发生改变的现象。
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1.思考辨析。
(1)在同一种均匀的介质中,波面都是曲面或曲线,但波线都是直线。
(　　)
解析:波面不一定是曲线或曲面,也有平面波,但波线一定是直线。
答案:×
(2)任何波的波线与波面都相互垂直。
(　　)
答案:√
(3)波在发生折射后,其频率和波速都不发生变化。
(　　)
解析:波的传播速度是由介质决定的,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后波进入另一种介质时传播速度发生变化。
答案:×
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2.探究讨论。
(1)波面一定都是平面吗?
答案:波面既可以是平面,也可以是球面。
(2)射向空中的焰火在高空中爆炸,发出一个巨大的声响,我们如何来描述这个声波的波面和波线呢?
答案:这个声波的波面是以高空中爆炸点为球心的球面,这个球面不断扩大。这个声波的波线是以爆炸点为出发点的射向四面八方的射线。
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(3)如何利用波的反射规律解释以下现象:①夏日的雷声轰鸣不绝。②在空房子里讲话,声音较响。
答案:①夏日的雷声有时轰鸣不绝,原因是声波在云层里多次反射形成的。
②在空房间里讲话,会感到声音更响,是因为声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板等障碍物发生反射,由于空间小,回声和原声几乎同时到达人耳,而人耳只能区分开相差0.1
s以上的两个声音。所以,在房间里听不到回声,只会感到声音比在户外大些。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对惠更斯原理的理解
问题导引
右图是波在传播过程中的一种现象。
(1)此图是波的什么现象?
(2)利用惠更斯原理能解释此现象吗?
要点提示:(1)波的衍射现象。
(2)挡板缝隙处振动的质点作为波源,带动挡板后面的质点振动。
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名师精讲
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,而倒退波是不存在的。
惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释波的强度,所以无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小的关系。
探究一
探究二
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典例剖析
例题1下列叙述正确的是(　　)
A.空间点波源发出的球面波,其波面是一个球面,波线就是以波源为圆心的同心圆
B.平面波的波线是一条直线,其波线相互平行
C.根据惠更斯原理,波面各点都可看作一个子波源,子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面
D.利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定t+Δt时刻波面的位置
探究一
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【思考问题】
如何确定某一时刻的波面?
提示: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。
解析:球面波的波线沿球面的半径方向,故选项A错误;平面波的波线是一条直线,由于波线与波面垂直,故平面波的波线相互平行,故选项B正确;由惠更斯原理可知,故选项C正确;利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定另一时刻的波面的位置,故选项D正确。
答案:BCD
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变式训练1下列说法正确的是(　　)
A.波在介质中传播的过程中,振动相同的点连接起来组成的面就叫作波面
B.波线是用来表示波的传播方向的,波线与波面总是垂直的
C.无论是球面波,还是平面波,同一波面上各点的振动情况完全一样
D.波面上的各点都可以看作一个个新的小波源,称为子波,子波在前进方向上任意时刻形成的包络面,就是新波面
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当堂检测
解析:振动相同的点在同一时刻组成的面,叫波面,故选项A错误;波线表示波的传播方向,在同一种介质中传播时,波线与波面总是垂直,表示为一条直线,在不同介质中传播时,表示为折线或曲线,但总跟在对应介质中的波面垂直,故选项B正确;波面是同一时刻各点连线组成的,其上各点振动情况一样,可以看作相同的一个个新的小波源,这些波向前传播情况一样,经过相同时间到达的位置的连线又可以连接成一个面,就形成新的波面,故选项C、D均正确。
答案:BCD
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波的反射及其应用
问题导引
人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,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?
要点提示:在耳朵原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵接收到声波的强度。
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名师精讲
1.波的反射
波遇到障碍物会返回来继续传播的现象。反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同,利用波的反射可以进行回声测距和超声波定位。
2.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
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3.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。
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典例剖析
例题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:汽车匀速行驶,速度为v车=15
m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。
设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x
①
x1+x=v声t=340
m/s·t
②
x2=v车t=15
m/s·t
③
联立①②③得x=325
m。
答案:325
m
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归纳总结声波反射的应用技巧
(1)利用反射定律解决实际问题,主要是利用声波的直线传播及其反射特点,考查匀速直线运动规律的应用。
(2)利用声波的反射测量距离、速度是此类问题的重
点,应利用声波的直线传播和反射定律作出声波传播的示意图,再结合几何关系求解。
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变式训练2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
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
答案:C
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波的反射、折射现象中各量的变化
问题导引
波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗?波长变化吗?
要点提示:频率不变;波长变化。
探究一
探究二
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名师精讲
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。
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典例剖析
例题3一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。
【思考问题】
(1)声波在不同介质中传播时,频率一样吗?
(2)波速公式适合于任何介质吗?
提示:(1)当声波从一种介质进入另一种介质时频率不变。
(2)波在任何介质中传播时波速公式都成立。
探究一
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由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1
360
Hz。
(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1
360
m/s=1
088
m/s。
答案:(1)1
360
Hz　(2)1
088
m/s
归纳总结波在传播过程中频率不变,在不同介质中传播时速度不同。
探究一
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变式训练3同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播,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
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探究二
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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,声波在水中的波长应较大,对应于题图中波形曲线b,故只有选项A正确。
答案:A
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1.(考查波面和波线)下列说法正确的是(　　)
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,故选项A错误,选项B正确。波线表示波的传播方向,故选项C正确,D错误。
答案:BC
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2.(考查声波的反射和折射)对于波长为100
m的声波,下列说法正确的是(　　)
A.在同一介质中,比波长为20
m的声波传播快
B.在空气中的频率比在水中大
C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化
D.声波能发生反射,但反射后波速不变
解析:机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故选项D正确。
答案:D
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3.(考查波长、频率和波速的关系)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、波速与入射波都应该相等,故选项A、B错。折射波的波长、波速与入射波都不等,但频率相等,故选项C错,选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
探究三
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4.(考查波的反射)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?(能够区分原声与回声的最短时间为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,
答案:17
m