2018-2019版高中物理 第二章 機(jī)械波 4 惠更斯原理 波的反射與折射課件 教科版選修3-4.ppt

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1、4 惠更斯原理 波的反射與折射,第二章 機(jī)械波,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.知道什么是波面和波線. 2.了解惠更斯原理,會(huì)用惠更斯原理解釋波的反射與折射現(xiàn)象. 3.認(rèn)識(shí)波的反射和折射現(xiàn)象,知道反射定律和折射定律.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測 檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、惠更斯原理 1.內(nèi)容:波在傳播過程中所到達(dá)的每一點(diǎn)都可看做新的 ,從這些點(diǎn)發(fā)出 形狀的子波,其后任一時(shí)刻這些子波波前的包絡(luò)面就是新的_,這就是惠更斯原理.又叫惠更斯作圖法. 2.應(yīng)用:根據(jù)惠更斯原理,由已知的某一時(shí)刻 確定下一時(shí)刻 ,從而確定波的 .,球面,波源,波前,波前,波前,傳播

2、方向,二、波的反射與折射 1.波的反射 (1)定義:波在傳播的過程中,遇到兩種介質(zhì)的 時(shí)返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的反射. (2)反射定律:當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的交界處發(fā)生反射時(shí),入射線、法線、反射線在 內(nèi),入射線與反射線分別位于 兩側(cè),而且反射角_入射角;反射波的波長、頻率和波速都與入射波 .,分界面,同一平面,法線,等于,相同,2.波的折射 (1)定義:波在傳播過程中,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波傳播的方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫做波的折射. (2)折射定律 波在介質(zhì)中發(fā)生折射時(shí),入射線、法線、折射線(即折射波線)在_ _內(nèi),入射線與折射線分別位于 兩側(cè),入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于

3、波在第一種介質(zhì)中的 跟波在第二種介質(zhì)中的 之比.對(duì)給定的兩種介質(zhì),該比值為常數(shù).,同一平,面,法線,傳播速度,傳播速度,(3)結(jié)論 當(dāng)v1v2時(shí),ir,折射線 法線. 當(dāng)v1v2時(shí),ir,折射線 法線. 當(dāng)垂直界面入射(i0)時(shí),r0,傳播方向不變,是折射中的特殊情況.,偏向,偏離,即學(xué)即用 判斷下列說法的正誤. (1)在波的傳播過程中,介質(zhì)中所有參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)都可以看做是新的波源. ( ) (2)同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同.( ) (3)波發(fā)生反射和折射時(shí)波的頻率都不變,但波長、波速均發(fā)生變化.( ) (4)波的折射和反射現(xiàn)象都可以用惠更斯原理解釋.( ),答案,重點(diǎn)探究,一、惠更

4、斯原理,導(dǎo)學(xué)探究 把一顆石子投到平靜的池塘里,會(huì)激起一圈圈起伏不平的水面波向周圍傳播,向四面八方傳播的波峰(波谷)是否會(huì)組成一個(gè)個(gè)圓?與這些圓的切線垂直的線能否表示波的傳播方向?,答案 因?yàn)樗ㄓ刹ㄔ聪蛩闹軅鏖_,向各個(gè)方向的波速都一樣,所以向四面八方傳播的波峰(波谷)組成一個(gè)個(gè)圓.與這些圓的切線垂直的線能表示波的傳播方向.,答案,知識(shí)深化 對(duì)惠更斯原理的理解 (1)惠更斯原理中,同一波面上的各點(diǎn)都可以看做子波的波源.波源的頻率與子波波源的頻率相等. (2)在各向同性均勻介質(zhì)中,波線恒與波面垂直.,解析 按照惠更斯原理:波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面,故A正確,B錯(cuò)誤; 由波面和波

5、線的概念,不難判定C、D正確.,例1 (多選)關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解,下列說法正確的是 A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同 B.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 D.平面波的波線是垂直于波面的平行線,答案,解析,答案 返回介質(zhì)時(shí)波的頻率和波長均不變,進(jìn)入介質(zhì)的波的頻率不變,波速變化,由vf得,波長變化.,二、波在反射、折射現(xiàn)象中的波長、頻率和波速,導(dǎo)學(xué)探究 如圖1所示,當(dāng)波從介質(zhì)傳播到兩介質(zhì)的交界面時(shí),返回介質(zhì)的波和進(jìn)入介質(zhì)的波的頻率變化嗎?波長變化嗎?,答案,圖1,知識(shí)深化 對(duì)波的反射和折射的理解 (1)頻率是由振源決定的,介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的

6、振動(dòng)都是受迫振動(dòng),因此不論是反射還是折射,波的頻率是不改變的. (2)波速是由介質(zhì)決定的,波反射時(shí)是在同一介質(zhì)中傳播,因此波速不變,波折射時(shí)是在不同介質(zhì)中傳播,因此波速改變. (3)波長是由頻率和波速共同決定的,即在波的反射中,由于波的頻率和波速均不變,根據(jù)公式 可知波長不改變;在波的折射中,當(dāng)進(jìn)入新的介質(zhì)中波速增大時(shí),由 可知波長變大,反之變小.,解析 反射波的波長、頻率、波速與入射波的都相等,故A、B錯(cuò)誤; 折射波的波長、波速與入射波的均不等,但頻率相等,故C錯(cuò)誤,D正確.,例2 如圖2所示,1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線,則 A.2與1的波長、頻率相等,波速不等 B.2與

7、1的波速、頻率相等,波長不等 C.3與1的波速、頻率、波長均相等 D.3與1的頻率相等,波速、波長均不等,答案,解析,圖2,A.聲波在水中波長較大,b是水中聲波的波形曲線 B.聲波在空氣中波長較大,b是空氣中聲波的波形曲線 C.水中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高,a是水中聲波的波形曲線 D.空氣中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高,a是空氣中聲波的波形曲線,針對(duì)訓(xùn)練 同一音叉發(fā)出的聲波同時(shí)在水和空氣中傳播,某時(shí)刻的波形曲線如圖3所示.以下說法正確的是,答案,解析,圖3,解析 波的頻率取決于波源的振動(dòng)頻率,與介質(zhì)無關(guān),故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時(shí)頻率相同.但機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì),與波的頻率無關(guān)

8、,聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度.由vf知,聲波在水中的波長應(yīng)較大,對(duì)應(yīng)于題圖中波形曲線b,故只有A正確.,三、波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用,1.回聲測距 (1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí),聲波遇到了靜止的障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播,反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,因此,入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,用的時(shí)間相等,設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲,則聲源距障礙物的距離為sv聲 (2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s(v聲v) (3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離聲源時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s|v聲v|,2.超

9、聲波定位 蝙蝠能發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來,蝙蝠就依據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或目標(biāo)位置,從而確定飛行方向.另外海豚、雷達(dá)也是利用波的反射來定位和測速的.,答案 325 m,例3 有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車鳴笛2 s后司機(jī)聽到回聲,司機(jī)聽到回聲時(shí)汽車距山崖多遠(yuǎn)?(v聲340 m/s),答案,解析,解析 汽車運(yùn)動(dòng),聲音傳播,如圖所示為汽車與聲波的運(yùn)動(dòng)過程示意圖.設(shè)汽車由A到C路程為x1,C點(diǎn)到山崖B距離為x;聲波由A到B再反射到C路程為x2,因汽車與聲波運(yùn)動(dòng)時(shí)間同為t,則有x2x12x,即v聲tv汽t 2x,所以,達(dá)

10、標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.(對(duì)惠更斯原理的理解)(多選)下列關(guān)于惠更斯原理的說法正確的是 A.惠更斯原理能夠解釋波的反射現(xiàn)象 B.惠更斯原理能夠解釋波的折射現(xiàn)象 C.介質(zhì)中任何一個(gè)波面的各點(diǎn),都可以看成發(fā)射子波的波源 D.只有縱波才有波面,答案,1,2,3,4,解析 A、B、C選項(xiàng)中應(yīng)用了波的反射現(xiàn)象; D選項(xiàng)應(yīng)用了波的折射現(xiàn)象,深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質(zhì),故波的傳播方向發(fā)生改變,故D錯(cuò)誤.,2.(波的反射和折射)(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí),哪些是正確的 A.潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況,用的是波的反射原理 B.隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì),是為了減少波的反射, 從而達(dá)到隱

11、形的目的 C.雷達(dá)的工作原理是利用波的反射 D.水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象,是波的反射現(xiàn)象,答案,解析,1,2,3,4,3.(波的反射和折射)如圖4所示是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中發(fā)生的現(xiàn)象,已知波在介質(zhì)中的波速為v1,波在介質(zhì)中的波速為v2,則v1v2為,答案,解析,圖4,由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變,所以聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),頻率為1 700 Hz.,1,2,3,4,4.(波的反射和折射)一列聲波在空氣中的波長為0.2 m.當(dāng)該聲波從空氣中以某一角度傳入介質(zhì)中時(shí),波長變?yōu)?.6 m,如圖5所示,若空氣中的聲速是340 m/s.求: (1)該聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的頻率;,答案,解析,答案 1 700 Hz,圖5,1,2,3,4,(2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度;,答案,解析,答案 1 020 m/s,解析 由vf得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為v22f0.61 700 m/s1 020 m/s.,1,2,3,4,(3)若聲波垂直進(jìn)入介質(zhì),經(jīng)0.4 s返回空氣,則介質(zhì)的深度為多少?,答案,解析,答案 204 m,

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