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1、合作探究自主预习 第三节第三节 惠更斯原理及其应用惠更斯原理及其应用 合作探究自主预习 目标导航预习导引 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 一、惠更斯原理一、惠更斯原理 1.波面与波线 (1)波面:在波的传播过程中,某时刻任何振动状态都相同的介质 质点所组成的面。在某一时刻,最前面的波面叫做波前。 (2)波线:与各个波面垂直的线,用来表示波的传播方向。如图所 示。 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 2.波的分类 (1)球面波:由空间一点发出的波,它的波面是以波源为球心的一 个个球面,波线就是这些球面的半径。 (2)平面波,指波面是平面的波。 3.惠更斯原理 介质中任一波面上
2、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。 将一颗石子投到池塘的中央,可以看到一圈圈的水波由中央向外 传播,其中这一圈圈的波峰构成的是波面还是波线? 提示 波面。波面由振动状态相同的点组成,而波线对应波的传 播方向。 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 二、惠更斯原理的应用二、惠更斯原理的应用 如果知道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。 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 三、波的反射三、波的反射 1.定义:波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象。 2
3、.反射定律 (1)入射角:入射波线与反射面法线的夹角,如图中的。 (2)反射角:反射波线与反射面法线的夹角,如图中的。 (3)反射定律:反射波线、入射波线和法线在同一平面内,反射波 线和入射波线分别位于法线两侧,反射角等于入射角。 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 夏天的雨季,大雨来临前一道闪电过后,接着我们会听到一阵“轰 轰隆隆”的雷鸣,说一说这种雷声是怎么形成的。 提示 云层积累的大量电荷放电,形成闪电同时发出巨大声音,闪 电声在不同云层之间反复反射,所以较长时间内听到“轰轰隆隆”的 声音。 合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 四、波的折射四、波的折射 1.折射现象 波在
4、传播过程中,由一种介质进入另一种 介质时,波的传播方向发生偏折的现象, 如图所示。 2.折射规律 (1)频率:频率不变; (2)波速:发生变化; (3)波长:发生变化。 3.折射定律 (1)内容:入射角的正弦跟折射角的正弦之比,等于波在第种介 质中的波速与波在第种介质中的波速之比。 合作探究自主预习 一二知识精要典题例解迁移应用 一、惠更斯原理一、惠更斯原理 1.惠更斯原理的实质 波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波 速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包 络面就是该时刻总的波动的波面。其核心思想是介质中任一处的 波动状态是由各处的波动决定的。 2.惠
5、更斯原理的局限性 光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释。但 是,惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象(下一节会学 习)与狭缝或障碍物大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波 的存在,而倒退波显然是不存在的。 合作探究自主预习 一二知识精要典题例解迁移应用 【例1】 (多选)下列对惠更斯原理的理解,正确的是( ) A.同一波面上的各质点振动情况完全相同 B.同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同 C.球面波是以波源为中心的一个个球面 D.无论怎样的波,波线始终和波面垂直 思路分析本题考查惠更斯原理,求解时要理解惠更斯原理,知道 波线与波面的关系。 合作探究自主预习 一
6、二知识精要典题例解迁移应用 解析:根据惠更斯原理,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,同一波面上各质点的振动情况完全相同,选项A正确; 不同波面上质点的振动情况可能相同,选项B正确;波线始终与波面 垂直,选项D正确;球面波是以波源为中心的一个个球面,选项C正确。 答案:ABCD 合作探究自主预习 一二知识精要典题例解迁移应用 (多选)下列说法正确的是( ) A.波在介质中传播的过程中,振动相同的点连接起来组成的面就 叫做波面 B.波线是用来表示波的传播方向的,波线与波面总是垂直的 C.无论是球面波,还是平面波,同一波面上
7、各质点的振动情况完全 一样 D.波面上的各点都可以看作一个个新的小波源,称为子波,子波在 前进方向上任意时刻形成的包络面,就是新的波面 答案:BCD 合作探究自主预习 一二知识精要典题例解迁移应用 解析:振动相同的质点在同一时刻组成的面,叫做波面,故A错;波 线表示波的传播方向,在同一种介质中传播时,波线与波面总是垂 直,表示为一条直线,在不同介质中传播时表示为折线或曲线,但总 跟在对应介质中的波面垂直,故B对;波面是同一时刻各质点连线组 成的,其上各质点振动情况一样,可以看作相同的一个个新的小波 源,这些波向前传播情况一样,经过相同时刻到达的位置的连线又 可以连接成一个面,就形成新的波面,故
8、C、D均正确。 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 二、波的反射和波的折射二、波的反射和波的折射 1.波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现 象,一些物理量相应地发生变化,比较如下: 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 2.说明: (1)频率f由波源决定,故无论是反射波的频率还是折射波的频率 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=f知,波长与v及f有关,即与介质和波源有关,反射波与入 射波在同一介质中波速
9、相同,频率相同,故波长相同。折射波与入 射波在不同介质中传播,v不同,f相同,故不同。 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 1.怎样利用惠更斯原理解析波的反射定律? 答案: 如图中a、b、c是入射波的波线,a、b、c是反射波的波线。过a 的入射点A作AB,在波面AB上找三点A、C、B作为子波源;设波速 为v,取时间间隔 ;作t时间后子波源A、C发出的子波波面如 图;画出子波波面的包络面AB,根据波线与波面的方位关系画出反 射波线如图。 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 在直角三角形ABB和直角三角形BAA中,AB是公共边,由于波从 B传播到B所用的时间
10、与波从A传播到A所用的时间是一样的。而 波在同种介质中的波速相同,故BB=AA。因此直角三角形ABB 直角三角形BAA,所以AAB=BBA,入射角i和反射角i分别为 BBA和AAB的余角,所以i=i,也就是说,在波的反射中,反射角 等于入射角。 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 2.怎样利用惠更斯原理解析折射定律? 答案:波在第1种介质中的传播方向(波线的方向)与法线间的夹角 称为入射角,如图中的1;波进入第2种介质后,它的传播方向(波线的 方向)与法线间的夹角称为折射角,如图中的2。利用平面几何知识 可以得到折射角2与入射角1的以下关系 用惠更斯原理研究波的折射 合作探
11、究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 从式可以看出,如果第2种介质中的波速小于第一种介质中的 波速,波在进入第2种介质后,传播方向将向法线靠拢。这个结论与 实验得到的波的折射定律是一致的。 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 【例2】 下图是一列机械波从一种介质进入另一种介质时发生的现象,已知 波在介质 中的波速为v1,波在介质 中的波速为v2,则v1v2为多 少? 思路分析从图中找出入射角和折射角,然后根据波的折射定律 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 (多选)下列哪些现象与波的反射有关( ) A.在空谷中叫喊可以听到回声 B.振动的音叉在水面产生涟漪 C.夏日的雷声轰鸣不绝 D.声呐可以用来探测海底深度 答案:ACD 解析:回声是由于声波的反射而形成的,故选项A是波的反射,选 项B是振动产生波,并非波的反射,声呐的工作原理就是波的反射,D 项正确。雷声轰鸣不绝是由于雷声在地面与云层之间、云层与云 层之间来回反射而形成的,C项正确。