2017年高中物理第2章机械波2.4惠更斯原理波的反射与折射学案沪科版选修3_4

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1、4　惠更斯原理　波的反射与折射[学习目标定位]　1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律．1．光的反射定律：光从一种介质入射到两种介质的分界面时发生反射，反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．2．惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．3．波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反

2、射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，入射波的波线与反射波的波线分别位于法线的两侧，而且反射角等于入射角．4．波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧，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波速跟波在第二种介质中的波速之比，即＝.一、惠更斯原理[问题设计]把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？答案　因为水波由波源向周围传开，

3、由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形．[要点提炼]1．波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面．最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波．(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图．图12．惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．这就是惠更斯原理．(2)作用：如果知道

4、某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就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．例1　利用惠更斯原理解释这个现象：如图2所示，在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的狭缝时，在狭缝后面的波纹呈圆形，且以缝为圆心沿半径方向向周边传去．图2答案　因波在传播过程中所到达的每一点都可看做新波源，所以当波面到达挡板上的狭缝时，位于狭缝的点是新波源，故狭缝后面形成以狭缝为中心的圆形波纹向外传播．二、机械波的反射和折射[问题设计]1．我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反

5、射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案　机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见．例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射．2．请用惠更斯原理推导波的反射定律．答案　如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a、b、c三条波线不同时到达界面，过a的入射点A作波面AF，在波面AF上找三点A、C、B作为子波源；设波速为v，取时间间隔Δt＝；作Δt时间后子波源A、C、B发出的子波波面B′F′，根据波线与波面的方位关系画出

6、反射波线．在直角三角形AB′B和直角三角形B′AA′中，AB′是公共边，B′B＝A′A，因此两直角三角形全等，有：∠A′AB＝∠BB′A所以有：i′＝i，即波的反射中，反射角等于入射角．[要点提炼]1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象．(2)入射角和反射角：图3①入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图3中的α.②反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图3中的β.③反射规律：反射角等于入射角，即α＝β.2．波的折射(1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改

7、变的现象．如图4所示．图4(2)折射定律①内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比．②公式：＝.(3)相对折射率n12＝.[延伸思考]波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率f、波速v和波长λ各自是如何变化的？请完成下表.　　现象比较项波的反射波的折射频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变说明频率f由波源决定；波速v由介质决定；由v＝λf知，波长λ与频率f、波速v有关.例2　图5中1、2、3分别代表入射波、反射

8、波、折射波的波线，则(　　)图5A．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　波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不等，故C错，D对．答案　D针对训练　同一