人教版高中物理选修3-4 12．6惠更斯原理（共41张PPT）

(共41张PPT)
惠更斯原理
教学目标
认识波的折射现象，并能用惠更斯原理进行解释。
认识波的反射现象，并能用惠更斯原理进行解释。
知道什么是波面和波线，了解惠更斯原理。
波的反射和折射规律。??
理解惠更斯原理。?
教学重点
理解惠更斯原理。
教学难点
各种波在传播过程中，遇到较大的障碍物时，都会发生反射
现象。
声波在遇到较大的障碍物后也会反射回来。
各种波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，都会
发生折射现象。
声音从空气进入水中，发生折射现象。
如何来解释波在传播过程中发生的这些现象呢？
为了解释这些与波传播相关的现象。
1690年，荷兰物理学家惠更斯总结出
了一条关于波传播的重要原理。
惠更斯
一滴水滴滴入水面，形成一列水波，形成的水波有什么特点？
现象：
水面上形成一列圆形波；
画面上的圆形是朝各个方向传
播的波峰和波谷。
知道波面、波线、波前的概念。??
知道惠更斯原理的内容。
惠更斯原理
波面：在任一时刻，介质中任何振动?
?
?
?
?
?
状态（相位）相同的质点所构?
?
?
?
?
?
成的面叫做波面。
波前：最前方的那个波面叫做波前。
?
?
?
?
（对应介质中的起振点）
波线：垂直于波面画一些带箭头的线?
?
?
?
?
?
?
??表示波的传播方向，叫做波线。
在各向同性的均匀介质中，波线恒定与波面垂直。?
水波的波面是一个个圆
（即圆形波）
波面和波线
?
球面波的波线是沿半径方向的直线
对于平行光（光也是一种波）波面
是平面
注意：
无论是球面波，还是平面波，同一波面上的各质点振动情况完全相同。?
波面和波线
空间一点发出的球面波，波面是以
波源为球心的一个个球面（如声波）
波线
波面
波前
波面
波线
波前
平面波的波线是垂直于波面的平行直线
内容：
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。
某时刻与所有子波波前相切的曲面
某个波面
子波以球面波的方式在介质中以原波的速度向外传播。
根据惠更斯原理，若已知某一时刻的波面形状及位置，便可通过几何作图来确定下一时刻的波面形状和位置，并确定波的传播方向，从而处理有关波的传播问题。
惠更斯原理
用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t
时刻的波面
子波波源
包络面
惠更斯原理
水面产生直线波的瞬间波形，波前
AA′及波前
BB′上各点到波
源的距离都相同。
直线前进的平面波，若不遇到任何阻碍，下一时刻的波前形状
也会是直线。
惠更斯原理
用惠更斯原理确定下一时刻球面波的波面
t
时刻
的波面
子波波源
惠更斯原理
利用惠更斯原理可以解释波的反射现象
知道波发生反射时的频率、波速和波长都不改变。
知道波的反射反射角与入射角的关系。
知道波的反射现象。
波的反射
波的反射指的是波在传播过程中，遇到介质交界面返回原介
质中的现象。
入射角（i）：
?
?
?
?
?入射波的波线与平面法
?
?
?
?
?
线的夹角i叫做入射角。
入射角（i’）：
?
?
?
?
?
反射波的波线与平面法?
?
?
?
?
?
?
线的夹角i’
叫做反射角。
波的反射
入射波线
法线
反射波线
平面
i
i’
注意：在反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的完全相同。
入射波线
法线
反射波线
平面
i
i’
①反射波线，入射波线和法线在同一平面内；
②反射波线与入射波线分居法线两侧；
③反射角等于入射角，即i＝i’。
反射定律
波的反射
由惠更斯原理，AB为波的一个波前
用惠更斯原理解释波的反射
由波线垂直于波线，作出波线，如图所示
如图所示的两个三角形中
B’B=AA’同种介质，波速不变。
用惠更斯原理解释波的反射
i’=i
注意：
1.
反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。
2.
波在传播过程中，在同一均匀介质中不论是直线传播，还是反射，由同一个包络面到
达另一个包络面的时间是一样的。
3.
波遇到两种介质界面时，总存在反射。
用惠更斯原理解释波的反射
法线
平面
i
i’
回声是声波的反射现象
对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播
生活中的反射现象
夏日的雷声轰鸣不绝
声波在云层界面多次反射
生活中的反射现象
在空房间里讲话感觉声音响
声波在普通房间里遇到墙壁，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。
人耳只能分开相差0.1s以上的声音。
所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果。
生活中的反射现象
利用惠更斯原理可以解释波的折射现象
浅水区
深水区
分界面
知道波发生折射时的频率不变，波速和波长改变。
知道波的折射现象中折射角与入射角的关系。
波的折射现象。
波的折射
波的折射指的是波在传播中，从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
例如初中学的折射就是一种光波的折射现象。
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。
波的折射
介质I
介质II
法线
界面
i
r
折射定律：
折射率
第2种介质对第1种介质的折射率
波的折射
介质I
介质II
法线
界面
i
r
①入射线、法线、折射线在同一平面内。
②入射线与折射线分居法线两侧。?
③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。比值为常数，即折
射率。?
由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点
经△t后，
A点发射的子波到达界面上的A’点，B点发射的子波到达B’点
如图，
波发生折射的原因是在不同介质中波的速度不同
用惠更斯原理解释波的折射
用惠更斯原理解释波的折射
波发生折射的原因是什么？
波发生折射的原因是波在不同介质中的速度不同
注意：
对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即沿原方向传播，但介质发生了变化，其波速也相应发生变化。
波的折射的反思
在波的反射和折射现象中，其频率、波长和波速均发生变
化吗？
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。
波的折射的反思
在波的反射和折射现象中，其频率、波长和波速均发生变
化吗？
频率
波速
波长
取决于
反射时
折射时
振源
介质
频率和波速
不变
不变
不变
改变
改变
改变
波的折射的反思
衍射：波在传播过程中，遇到障碍物时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播。
正前方包络线是平直的，但在两边缘处向影子区域弯曲，因而波线相应的偏向影子区域。
即波改变传播方向，绕过障碍物进入影子区域。
利用惠更斯原理解释波的衍射
当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。
衍射现象是波动特征之一
水波通过狭缝后的衍射图象
惠更斯原理可以解释衍射现象，但不能计算波的强度分布。
利用惠更斯原理解释波的衍射
虽然惠更斯原理在解释波的一些现象上取得了一定的成功，但它也有自己的一些不足之处。
惠更斯原理只能解释波的传播方向，不能解释波的强度。
无法解释为何没有后退波。
惠更斯原理的不足
虽然惠更斯原理在解释波的一些现象上取得了一定的成功，但它也有自己的一些不足之处。
无法解释波在衍射时，并没有完全到达障碍物后的任意位置。?
惠更斯原理的不足
虽然惠更斯原理在解释波的一些现象上取得了一定的成功，但它也有自己的一些不足之处。
惠更斯原理还不能解释光波的衍射中的需多细节之处。
例如出现了明暗相间的条纹分布（相当于强弱交替的振动分布）。
惠更斯原理的不足
惠更斯原理的不足之处，在提出之后的二百年里，随着菲涅尔、
基尔霍夫等人对衍射理论的不断完善和发展，才得以解决。
从这个意义上讲，惠更斯原理较大程度上只是一种凭朴素直觉得到的较粗糙的理论，它并不是严格的理论产物。
惠更斯原理的不足
波面：
在任一时刻，介质中任何振动状态相同的质点所构成
的面叫做波面，最前面的波面叫波前。
波线：
沿波的传播方向作一些带箭头的线，叫做波线。
在各向同性的均匀介质中，波线恒定与波面垂直。
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。
总结