12.6《惠更斯原理》教案
文档属性
| 名称 | 12.6《惠更斯原理》教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 184.0KB | ||
| 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 | 2020-11-17 12:00:37 | ||
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文档简介
惠更斯原理
教学目标
1.
知识与技能
(1)知道波面和波线的概念；
(2)掌握惠更斯原理，并掌握其内容，并能用其解释波的传播方向、波的反射、波的折射等现象。
2.
过程与方法
经历用惠更斯原理来解释相关现象的过程。
3.
情感、态度、价值观
(1)比较机械波与电磁波的相同处，体会物理学的统一性；
(2)体会物理学的发展方式之一，为解释某些现象而提出相关原理。
教学重难点
重点：(1)惠更斯原理；
(2)用惠更斯原理解释波的传播、折射、反射等现象。
难点：用惠更斯原理解释波的传播、折射、反射等现象。
新课引入
教师提问：我们在前面学习了波的传播、折射和反射，这些现象分别有什么规律呢？
教师提问后，重述答案。
老师提问：我们在学习了光的折射和反射，这些现象有什么规律？
教师提问后，重述答案。
教师口述：为什么机械波和光会有这些现象呢？为了解释这些现象，我们今天就来学习惠更斯原理。
讲授新课
一、波面和波线
1.波面
在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同的点联结成的面叫做波阵面或波面，如图所示.
如，水面上某点有一振源，水波向四周传开，由于向各个方向的波速都是一样的，所以向四面八方传播的波峰（波谷）组成了一个个的圆，这些圆就是波面.
波面为球面的波叫球面波，波面为平面的波叫平面波.点波源在各向同性均匀介质中向各方向发出的波就是球面波（如图12-4-1甲中所示），其波面是以点波源为球心的球面，球面波传播到离点波源很远的距离处时，在空间的某一小区域内各相邻的球形波面可以近似地看作是相互平行的平面，因此可以认为是平面波（如图12-4-1乙）所示.
深化升华波面是球面的波叫球面波，波线是这些球面的半径.波面是平面的波叫平面波，波线是互相平行的直线.
2.波线
沿波的传播方向作一些带箭头的线，叫做波线.
（1）波线的指向表示波的传播方向.
（2）在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直.
（3）球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线（如图12-4-1所示）.
记忆要诀方向关系可简记为：波线指向波传播，垂直波线是波面.
二、惠更斯原理
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，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.利用惠更斯原理解释波的传播
如左下图，以O为球心的球面波在时刻t的波面为γ，按照惠更斯原理，γ面上每个点都是子波的波源.设各个方向的波速都是v，在Δt时间之后各子波的波面如图中虚线所示，虚线圆的半径是vΔt.γ′是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置.可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离.
与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播（如右下图）.
用惠更斯原理解释球面波的传播
用惠更斯原理解释球面波的传播
三、波的反射
1.波的反射
波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫做波的反射.
深化升华反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，使反射波传播的能量减少.
2.反射定律
（1）入射波线、法线、反射波线在同一平面内，且反射角等于入射角.
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同.
四、波的折射
1.波的折射
波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做波的折射.
2.折射定律
（1）内容：入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质中的速度之比.
（2）公式：=
式中θ1和θ2分别为波在介质1中的入射角和在介质2中的折射角，v1和v2分别为波在介质1和介质2中的波速.
3.折射率
由于一定介质中的波速是一定的，所以是一个只与两种介质的性质有关而与入射角无关的常数，叫做第2种介质对第1种介质的折射率，以n12表示：n12=
当n12＞1，即v1＞v2时，折射线偏向法线.
当n12＜1，即v1＜v2时，折射线偏离法线.
深化升华在波的折射和反射现象中，波的频率是始终保持不变的，只是在折射中，由一种介质进入另一种介质中时，波速、波长发生变化.
问题·探究
交流讨论探究
问题波的反射现象和波的折射现象都是机械波具有的现象，波的反射现象和波的折射现象有什么不同点？
探究过程：波的反射现象是指波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，在反射中入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内：反射角等于入射角.而波的折射是指波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变的现象，在折射中入射波的波线、折射波的波线和界面法线在同一平面内；入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于在第一种介质中的传播速率与在第二介质中的传播速率之比.两种现象中最大的不同点是反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，使反射波传播的能量减少；而在波的折射现象中，波的频率是始终保持不变的，由一种介质进入另一种介质中时，波速、波长发生变化.
探究结论:波的反射现象和波的折射现象有着不同点.
方案设计探究
问题试设计一个实验观察水波的反射.
探究过程：在水波演示槽中放一块长木板，让振动片激发平面波，使平面波波面与长木板约成45°角（如图所示）.可以看到，从波源发出的平面波遇到长木板后，波面的形状以及波的传播方向都发生了变化.
探究结论:可以观察到水波的反射.
教学目标
1.
知识与技能
(1)知道波面和波线的概念；
(2)掌握惠更斯原理，并掌握其内容，并能用其解释波的传播方向、波的反射、波的折射等现象。
2.
过程与方法
经历用惠更斯原理来解释相关现象的过程。
3.
情感、态度、价值观
(1)比较机械波与电磁波的相同处，体会物理学的统一性；
(2)体会物理学的发展方式之一，为解释某些现象而提出相关原理。
教学重难点
重点：(1)惠更斯原理；
(2)用惠更斯原理解释波的传播、折射、反射等现象。
难点：用惠更斯原理解释波的传播、折射、反射等现象。
新课引入
教师提问：我们在前面学习了波的传播、折射和反射，这些现象分别有什么规律呢？
教师提问后，重述答案。
老师提问：我们在学习了光的折射和反射，这些现象有什么规律？
教师提问后，重述答案。
教师口述：为什么机械波和光会有这些现象呢？为了解释这些现象，我们今天就来学习惠更斯原理。
讲授新课
一、波面和波线
1.波面
在波的传播过程中，任一时刻介质中任何振动状态相同的点联结成的面叫做波阵面或波面，如图所示.
如，水面上某点有一振源，水波向四周传开，由于向各个方向的波速都是一样的，所以向四面八方传播的波峰（波谷）组成了一个个的圆，这些圆就是波面.
波面为球面的波叫球面波，波面为平面的波叫平面波.点波源在各向同性均匀介质中向各方向发出的波就是球面波（如图12-4-1甲中所示），其波面是以点波源为球心的球面，球面波传播到离点波源很远的距离处时，在空间的某一小区域内各相邻的球形波面可以近似地看作是相互平行的平面，因此可以认为是平面波（如图12-4-1乙）所示.
深化升华波面是球面的波叫球面波，波线是这些球面的半径.波面是平面的波叫平面波，波线是互相平行的直线.
2.波线
沿波的传播方向作一些带箭头的线，叫做波线.
（1）波线的指向表示波的传播方向.
（2）在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直.
（3）球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线（如图12-4-1所示）.
记忆要诀方向关系可简记为：波线指向波传播，垂直波线是波面.
二、惠更斯原理
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，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.利用惠更斯原理解释波的传播
如左下图，以O为球心的球面波在时刻t的波面为γ，按照惠更斯原理，γ面上每个点都是子波的波源.设各个方向的波速都是v，在Δt时间之后各子波的波面如图中虚线所示，虚线圆的半径是vΔt.γ′是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置.可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离.
与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播（如右下图）.
用惠更斯原理解释球面波的传播
用惠更斯原理解释球面波的传播
三、波的反射
1.波的反射
波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫做波的反射.
深化升华反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，使反射波传播的能量减少.
2.反射定律
（1）入射波线、法线、反射波线在同一平面内，且反射角等于入射角.
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同.
四、波的折射
1.波的折射
波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做波的折射.
2.折射定律
（1）内容：入射角的正弦与折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质中的速度之比.
（2）公式：=
式中θ1和θ2分别为波在介质1中的入射角和在介质2中的折射角，v1和v2分别为波在介质1和介质2中的波速.
3.折射率
由于一定介质中的波速是一定的，所以是一个只与两种介质的性质有关而与入射角无关的常数，叫做第2种介质对第1种介质的折射率，以n12表示：n12=
当n12＞1，即v1＞v2时，折射线偏向法线.
当n12＜1，即v1＜v2时，折射线偏离法线.
深化升华在波的折射和反射现象中，波的频率是始终保持不变的，只是在折射中，由一种介质进入另一种介质中时，波速、波长发生变化.
问题·探究
交流讨论探究
问题波的反射现象和波的折射现象都是机械波具有的现象，波的反射现象和波的折射现象有什么不同点？
探究过程：波的反射现象是指波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，在反射中入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内：反射角等于入射角.而波的折射是指波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变的现象，在折射中入射波的波线、折射波的波线和界面法线在同一平面内；入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于在第一种介质中的传播速率与在第二介质中的传播速率之比.两种现象中最大的不同点是反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，使反射波传播的能量减少；而在波的折射现象中，波的频率是始终保持不变的，由一种介质进入另一种介质中时，波速、波长发生变化.
探究结论:波的反射现象和波的折射现象有着不同点.
方案设计探究
问题试设计一个实验观察水波的反射.
探究过程：在水波演示槽中放一块长木板，让振动片激发平面波，使平面波波面与长木板约成45°角（如图所示）.可以看到，从波源发出的平面波遇到长木板后，波面的形状以及波的传播方向都发生了变化.
探究结论:可以观察到水波的反射.