2018-2019版高中物理 第二章 机械波 4 惠更斯原理 波的反射与折射学案 教科版选修3-4

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1、4　惠更斯原理　波的反射与折射[学习目标]　1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，会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.一、惠更斯原理1.内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前，这就是惠更斯原理.又叫惠更斯作图法.2.应用：根据惠更斯原理，由已知的某一时刻波前确定下一时刻波前，从而确定波的传播方向.二、波的反射与折射1.波的反射(1)定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫波的反射.(2)反射定律：当波传播到两种

2、介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同.2.波的折射(1)定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射.(2)折射定律波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比.对给定的两种介质，该比值为常数.＝(3)结论①当v1＞v2时，i＞r，折射线偏向法线.②当v1＜v2时，i＜r，折射线偏离

3、法线.③当垂直界面入射(i＝0)时，r＝0，传播方向不变，是折射中的特殊情况.[即学即用]　判断下列说法的正误.(1)在波的传播过程中，介质中所有参与振动的质点都可以看做是新的波源.(　√　)(2)同一波面上的各质点振动情况可能不相同.(　×　)(3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化.(　×　)(4)波的折射和反射现象都可以用惠更斯原理解释.(　√　)一、惠更斯原理[导学探究]　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，向四面八方传播的波峰(波谷)是否会组成一个个圆？与这些圆的切线垂直的线能否表示波的传播方向？答案　因为水波由波源向四周传开

4、，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)组成一个个圆.与这些圆的切线垂直的线能表示波的传播方向.[知识深化]　对惠更斯原理的理解(1)惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源.波源的频率与子波波源的频率相等.(2)在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直.例1　(多选)关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是(　　)A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.平面波的波线是垂直于波面的平行线答案　ACD解析　按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A正确，B错误

5、；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确.二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速[导学探究]　如图1所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？图1答案　返回介质Ⅰ时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ的波的频率不变，波速变化，由v＝λf得，波长变化.[知识深化]　对波的反射和折射的理解(1)频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的.(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变.(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在

6、波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变大，反之变小.例2　如图2所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)图2A.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、波长均不等答案　D解析　反射波的波长、频率、波速与入射波的都相等，故A、B错误；折射波的波长、波速与入射波的均不等，但频率相等，故C错误，D正确.针对训练　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3所示.以下说法正确的是(　

7、　)图3A.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答案　A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＝λ