4 惠更斯原理 波的反射与折射,第二章 机械波,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.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,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 ，从这些点发出 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_，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 确定下一时刻 ，从而确定波的 .,球面,波源,波前,波前,波前,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 时返回到原介质继续传播的现象叫波的反射. (2)反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在 内，入射线与反射线分别位于 两侧，而且反射角_入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波 .,分界面,同一平面,法线,等于,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_ _内，入射线与折射线分别位于 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 跟波在第二种介质中的 之比.对给定的两种介质，该比值为常数.,同一平,面,法线,传播速度,传播速度,(3)结论 当v1v2时，ir，折射线 法线. 当v1v2时，ir，折射线 法线. 当垂直界面入射(i0)时，r0，传播方向不变，是折射中的特殊情况.,偏向,偏离,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.( ),答案,重点探究,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，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.,答案,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.,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； 由波面和波线的概念，不难判定C、D正确.,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,解析,答案 返回介质时波的频率和波长均不变，进入介质的波的频率不变，波速变化，由vf得，波长变化.,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，当波从介质传播到两介质的交界面时，返回介质的波和进入介质的波的频率变化吗？波长变化吗？,答案,图1,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，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式 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 可知波长变大，反之变小.,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.,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 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,答案,解析,图2,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,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,答案,解析,图3,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vf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A正确.,三、波的反射现象的应用,1.回声测距 (1)当声源不动时，声波遇到了静止的障碍物会返回来继续传播，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听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声 (2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v) (3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s|v声v|,2.超声波定位 蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置，从而确定飞行方向.另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位和测速的.,答案 325 m,例3 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，司机听到回声时汽车距山崖多远？(v声340 m/s),答案,解析,解析 汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图.设汽车由A到C路程为x1，C点到山崖B距离为x；声波由A到B再反射到C路程为x2，因汽车与声波运动时间同为t，则有x2x12x，即v声tv汽t 2x，所以,达标检测,1,2,3,4,1.(对惠更斯原理的理解)(多选)下列关于惠更斯原理的说法正确的是 A.惠更斯原理能够解释波的反射现象 B.惠更斯原理能够解释波的折射现象 C.介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源 D.只有纵波才有波面,答案,1,2,3,4,解析 A、B、C选项中应用了波的反射现象； D选项应用了波的折射现象，深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D错误.,2.(波的反射和折射)(多选)以下关于波的认识，哪些是正确的 A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射， 从而达到隐形的目的 C.雷达的工作原理是利用波的反射 D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象,答案,解析,1,2,3,4,3.(波的反射和折射)如图4所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质中的波速为v1，波在介质中的波速为v2，则v1v2为,答案,解析,图4,由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质中传播时，频率为1 700 Hz.,1,2,3,4,4.(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为0.2 m.当该声波从空气中以某一角度传入介质中时，波长变为0.6 m，如图5所示，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；,答案,解析,答案 1 700 Hz,图5,1,2,3,4,(2)该声波在介质中传播的速度；,答案,解析,答案 1 020 m/s,解析 由vf得声波在介质中的传播速度为v22f0.61 700 m/s1 020 m/s.,1,2,3,4,(3)若声波垂直进入介质，经0.4 s返回空气，则介质的深度为多少？,答案,解析,答案 204 m,